DE102006049656A1

DE102006049656A1 - Lambda-Regelung mit einer Sprung-Lambda-Sonde

Info

Publication number: DE102006049656A1
Application number: DE102006049656A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. Hahn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: DE102006049656B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur lambda-Regelung bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer in einer Abgas führenden Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten Sprung-lambda-Sonde, die zum Generieren eines vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängigen Messsignals ausgelegt ist, wobei der Verbrennungsmotor eine eine erste Größe lambda des Verbrennungsmotors als eine Aufgabengröße unter Verwendung des Messsignals der Sprung-lambda-Sonde beeinflussende Motorsteuereinheit aufweist, vorgeschlagen. Dieses ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Festlegen eines Sollwerts eines vorderen Regelkreises der Motorsteuereinheit. Vorsteuern einer die Gemischbildung des Verbrennungsmotors beeinflussenden zweiten Größe als Stelleingriff des vorderen Regelkreises. Einleiten des Stelleingriffs und/oder Umschalten des vorderen Regelkreises, sobald das Messsignal oder ein davon abgeleiteter Wert den Sollwert kreuzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lambdaregelung (λ-Regelung) bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer in einer Abgas führenden Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten Sprung-λ-Sonde, die zum Generieren eines vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängigen Messsignals ausgelegt ist, wobei der Verbrennungsmotor eine erste Größe λ des Verbrennungsmotors als eine Aufgabengröße unter Verwendung des Messsignals der Sprung-λ-Sonde beeinflussende Motorsteuereinheit aufweist.
Verfahren zur λ-Regelung bei Verbrennungsmotoren können eingesetzt werden, um die Emissionen schädlicher Abgase in die Umwelt zu reduzieren. Dazu kann in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors zumindest ein Katalysator angeordnet werden. Um den Katalysator in einem optimalen Betriebspunkt zu halten, ist es notwendig, die Gemischaufbereitung des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer λ-Regelung so zu steuern, dass sich zumindest im Mittelwert ein geregelter λ-Wert ergibt, der möglichst nahe bei 1,0 liegt. Zum Generieren eines Messsignals kann in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors eine λ-Sonde angeordnet sein. Die λ-Regelung kann als Zweipunktregelung ausgelegt werden. Die DE 4320881 A1 zeigt eine Kombination einer beheizten λ-Sonde mit sprungförmiger beziehungsweise binärer Sondencharakteristik mit einer weiteren beheizten λ-Sonde Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere eine verbesserte Zweipunktregelung, anzugeben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Demnach sind bei einem gattungsgemäßen Verfahren folgende Schritte vorgesehen:
Festlegen eines Sollwerts für das Messsignal (19) der Sprung-λ-Sonde (15) oder einer daraus abgeleiteten Aufgabengröße
Vorsteuern einer die Gemischbildung des Verbrennungsmotors beeinflussenden zweiten Größe als Stelleingriff des vorderen Regelkreises
Einleiten des Stelleingriffs und/oder Umschalten des vorderen Regelkreises, sobald das Messsignal oder ein davon abgeleiteter Wert den Sollwert kreuzt.
Der vordere Regelkreis kann die Sprung-λ-Sonde aufweisen, wobei dieser im Abgasstrom des Verbrennungsmotors mindestens ein Katalysator nachgeschaltet ist. Vorteilhaft kann also mit dem vorderen Regelkreis ein Vergleich des Messsignals oder des davon abgeleiteten Werts mit dem Sollwert durchgeführt werden, um basierend auf diesem Vergleich die Regelung vorzunehmen. Der Sollwert kann dazu in der Dimension des Messsignals oder des davon abgeleiteten Werts festgelegt beziehungsweise angegeben und/oder gerechnet werden.
Durch die Vorsteuerung kann beispielsweise eine Zweipunktregelung mit einer besonders guten Robustheit erzielt werden. Im Vergleich zu bekannten Zweipunktregelungen kann hier eine Umschaltung bei Erreichen eines gemessenen beziehungsweise eines ermittelten und/oder davon abgeleiteten Wertes erfolgen, der dem Sollwert entspricht. Dieser Wert kann beispielsweise dem direkt von der Sonde gelieferten Messsignal entsprechen. Bei dem Reglerentwurf muss also nicht ein bestimmtes geregeltes Eingreifen erfolgen, um diesen gewünschten Wert zu erreichen. Vielmehr kann der Stelleingriff so lange erfolgen, bis sich an der Sprung-λ-Sonde der tatsächlich gewünschte Sollwert ergibt beziehungsweise gemessen werden kann. Der Sollwert kann mit beliebigen Werten, beispielsweise mit zumindest zwei verschiedenen Werten, vorgegeben werden. Diese können betriebspunktabhängig gewählt werden und von einem oder mehreren Systemparametern abhängen, beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorlast und/oder Stelleingriffen weiterer Regelungen des Abgasreinigungssystems. Das Festlegen des Sollwertes kann kontinuierlich erfolgen oder bei jedem Umschalten des Reglers. Der Stelleingriff des vorderen Regelkreises kann unabhängig von der Differenz zwischen dem Signal und dem Sollwert erfolgen, wobei der Sollwert veränderbar ist und mindestens einen betriebspunktabhängigen voreingestellten Teilwert beinhaltet. Ferner kann der Sollwert weitere Teilwerte, welche aus ggf. vorhandenen weiteren Reglern resultieren beinhalten.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Umrechnen des Messsignals der Sprung-λ-Sonde in eine die Aufgabengröße kennzeichnende Messgröße. Insbesondere ist die Aufgabe bei dem Verfahren zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer in einer Abgas führenden Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten Sprung-λ-Sonde, die zum Generieren eines vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängigen Messsignals ausgelegt ist, wobei der Verbrennungsmotor eine erste Größe λ des Verbrennungsmotors als eine Aufgabengröße unter Verwendung des Messsignals der Sprung-λ-Sonde beeinflussende Motorsteuereinheit aufweist, durch diesen Schritte gelöst. Bei der verwendeten Sprung-λ-Sonde kann es sich beispielsweise um eine Spannungssprungsonde, insbesondere nach dem Nernst-Prinzip und/oder eine Widerstandssprungsonde handeln. Sonden dieser Bauart weisen nahe eines Sauerstoffgehaltes, der einem λ-Wert von 1 entspricht, eine hohe Signalauflösung auf, so dass sich insgesamt ein Messsignal mit Sprungcharakteristik ergibt. Üblicherweise gibt beispielsweise eine Sprungsonde nach dem Nernst-Prinzip an einem Punkt, der einem λ-Wert von 1 entspricht, ein Messsignal von 0,45 V ab. Ein Durchkreuzen dieses Punktes kann bei bekannten Regelungen zum Umschalten eines Zweipunktreglers hergenommen werden.
Vorteilhaft kann durch das Umrechnen des Messsignals der Sprung-λ-Sonde ein tatsächlicher λ-Wert errechnet werden. Mithin können aus dem von der Sprung-λ-sonde gelieferten Messsignal weitere Daten gewonnen werden. Dies ist möglich, da sich auch das Signal von Sprung-λ-Sonden in Wirklichkeit nicht vollständig sprunghaft bei Durchschreiten des Punktes λ = 1 ändert. Vielmehr erlaubt die Signalcharakteristik nahe des λ = 1 Punktes einen Rückschluss auf den tatsächlichen λ-Wert. Vorteilhaft kann also nahe des λ = 1 Punktes bei dem Reglerentwurf berücksichtigt werden, um wie viel der λ-Wert des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemisches aus Luft und Brennstoff durch eine Stellgrößenänderung dann tatsächlich oberhalb oder unterhalb von 1 liegt. Vorteilhaft kann man die vorgesteuerte Stellgröße so auslegen, dass zum Zeitpunkt des Sondensprungs annähernd ein gewünschter λ-Wert erreicht wird. Zusätzlich kann man vorteilhaft durch die Umrechnung des Messsignals überwachen, ob dies auch tatsächlich der Fall ist. So kann vorteilhaft verhindert werden, dass es zu Gemischwerten kommt, die eine nicht optimale Konvertierung eines in der Abgasanlage befindlichen Katalysators zur Folge hätte.
Vorteilhaft kann auch durch das Errechnen des tatsächlichen λ-Wertes besser eine Korrelation zwischen den Regeleingriffen und den daraus folgenden Emissionen beziehungsweise verhinderten Emissionen hergestellt werden. Es ist also stets genau bekannt, mit welcher Abgaszusammensetzung der Katalysator beaufschlagt wird. Dies ist vorteilhaft insbesondere dadurch möglich, dass die Regelung mit der Einheit der Aufgabengröße λ durchgeführt werden kann, also mit der für die Konvertierung des Katalysators relevanten Kenngröße. Somit stellt die Größe λ durch die Umrechnung die Aufgabengröße und die Regelgröße dar. Mithin können die üblicherweise nur durch den Einsatz von Breitband-λ-Sonden erzielbaren Vorteile auch basierend auf einer kostengünstiger herstellbaren Zweipunkt- beziehungsweise Sprung-λ-Sonde erzielt werden. Es werden also die Vorteile einer stetigen Regelung erzielt, also auf Basis von λ-Werten geregelt, die ein direktes Maß für die Konvertierungsleistung des Katalysators darstellen.
Vorteilhaft kann durch das Umrechnen des Messsignals in eine die Aufgabengröße kennzeichnende Messgröße auch sichergestellt werden, dass mindestens der vorgegebene λ- Wert auch erreicht wird. Zusätzlich kann dennoch das Konzept einer Zweipunktregelung für die Stelleingriffe beibehalten werden, was zu einer guten Robustheit des Reglers führt. Vorteilhaft wird also nicht nur die in dem Messsignal enthaltene Sprunginformation ausgewertet, sondern ein tatsächlicher durch Linearisierung des Messsignals erhältlicher Ist-Wert der Aufgabengröße der Motorsteuereinheit zur Verfügung gestellt. Die Umrechnung kann dazu bereits vor der Motorsteuereinheit, beispielsweise durch eine separate Linearisierungseinheit oder auch in der Motorsteuereinheit selbst erfolgen.
Mit dem vorderen Regelkreis kann vorteilhaft ein Vergleich der Messgröße mit dem Sollwert der ersten Größe λ durchgeführt werden, um basierend auf diesem Vergleich die Regelung vorzunehmen. Der Sollwert muss sich also nicht auf das Sondensignal beziehen, sondern kann in der ersten Größe λ durchgeführt werden. Im Vergleich zu bekannten Zweipunktregelungen kann also eine Umschaltung bei Erreichen eines tatsächlich gemessenen beziehungsweise ermittelten λ-Wertes erfolgen, der dem Sollwert entspricht. Bei dem Reglerentwurf muss also nicht ein bestimmtes geregeltes Eingreifen erfolgen, um diesen gewünschten λ-Wert zu erreichen. Vielmehr kann der Stelleingriff so lange erfolgen, bis sich an der Sprung-λ-Sonde der tatsächlich gewünschte Sollwert als Messgröße ergibt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Verändern des Sollwerts der ersten Größe λ als Stelleingriff eines hinteren Regelkreises der Motorsteuereinheit. Der hintere Regelkreis kann eine weitere λ-Sonde aufweisen, wobei die weitere λ-Sonde im Abgasstrom des Verbrennungsmotors dem Katalysator nachgeschaltet ist. Mithin kann der hintere Regelkreis, basierend auf dieser zweiten Sondeninformation über den Sollwert Stelleingriffe vornehmen. Dieser kann dazu in verschiedenen Werten vorgegeben werden, insbesondere zusätzlich abhängig von den weiteren Systemparametern.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Vorsteuern der zweiten Größe durch einen Sprung und eine anschließende Rampe. Vorteilhaft kann durch den Sprung zunächst eine Annäherung an den gewünschten λ-Sollwert erfolgen. Durch die anschließende Rampe ist sichergestellt, dass sich der Stelleingriff auf jeden Fall so lange aufintegriert, bis die erste Größe gesichert den Sollwert erreicht und/oder zumindest geringfügig überschreitet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Überwachen und Vergleichen der berechneten Messgröße der Sprung-λ-Sonde mit dem Sollwert der ersten Größe λ. Vorteilhaft kann dazu das Messsignal in einen λ-Wert umgerechnet werden. Durch den Vergleich kann dann mithin die Regelung in dem Wert der Aufgabengröße, also in λ erfolgen. Um Instabilitäten zu vermeiden, kann die Umrechnung auf Bereiche hoher Signalauflösung, also nahe λ = 1, limitiert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Aufprägen einer mit den Stelleingriffen synchronisierten Zwangsamplitude auf den Sollwert. Es kann also ähnlich wie bei kontinuierlichen Regelungen bekannt, ein aufgeprägter Sollwert vorgegeben und mittels des beschriebenen Vergleichs mit der Messgröße eingestellt werden. Bei der Zwangsamplitude kann es sich um ein Rechtecksignal handeln, sodass der Sollwert wechselnd zumindest zwei verschiedene Werte annimmt. Bei der Zwangsamplitude kann es sich jedoch auch um ein beliebiges oszillierendes Signal handeln, das zusätzlich noch von den weiteren Systemparametern abhängen kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Zeitverzögertes Einleiten des Stelleingriffs durch Beenden eines vorhergehenden Stelleingriffs und Vorsteuern der zweiten Größe durch Konstanthalten. Es ist also vorteilhaft möglich, einen vorhergehenden Stelleingriff zunächst zu beenden, so dass der durch diesen Stelleingriff erreichte Sollwert eine vorbestimmte Zeit gehalten werden kann. Nach Ablauf der Zeitverzögerung kann dann beispielsweise auch der mittels Zwangsamplitude aufgeprägte neue Sollwert eingestellt werden, der dann durch den entsprechend zeitverzögerten Stelleingriff erreicht beziehungsweise eingeregelt werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Durchführen des Stelleingriffs, wobei die dabei erfolgende Änderung der zweiten Größe, insbesondere der vorgesteuerte Sprung, im Wesentlichen ein Erreichen des Sollwerts der ersten Größe λ bewirkt. Vorteilhaft kann also die Vorsteuerung des Stelleingriffs so gewählt werden, dass der jeweils zu erreichende Sollwert in etwa erreicht wird. Dies kann beispielsweise mittels das Übertragungsverhalten des Verbrennungsmotors kennzeichnenden Kennfeldern erfolgen. Vorteilhaft kann so der erreichte Sollwert eine gewünschte Zeit ungefähr konstant gehalten werden. Ferner ergibt sich ein insgesamt stabileres, also robusteres Regelverhalten, das bereichsweise insbesondere einer Dreipunktregelung ähnelt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Begrenzen des Sollwerts in Abhängigkeit eines Streubandes einer Sondenkennlinie der Sprung-λ-Sonde. Der vorgegebene λ-Sollwert kann also nach oben und unten begrenzt werden, wobei sich die Begrenzung aus dem Streuband der Sondenkennlinie der Sprung-λ-Sonde ergibt. Vorteilhaft kann so sichergestellt werden, dass selbst mit allen möglichen Signalstreuungen, wie sie über die Lebensdauer der Sprung-λ-Sonde vorkommen können, das in die Aufgabengröße λ umgerechnete Sondensignal beziehungsweise Messsignal auch gesichert den geforderten Sollwert erreichen kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet:
Generieren einer Information zu Diagnosezwecken, falls ein innerhalb der Begrenzung liegender Sollwert nicht einstellbar beziehungsweise regelbar ist. Vorteilhaft kann unter der Voraussetzung, dass die Soll-λ-Werte entsprechend den möglicherweise auftretenden Signalstreuungen begrenzt sind, aus einem dennoch auftretenden Nichterreichen des λ-Sollwertes auf eine defekte, beispielsweise durch Alterung defekte, Sonde geschlossen werden. Mithin kann dadurch eine defekte Sprung-λ-Sonde erkannt und diese Information zu Diagnosezwecken herangezogen werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 ein Regelschema eines Verfahrens zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor mit einem vorderen Regelkreis und einem hinteren Regelkreis;
2 ein Schaubild verschiedener Größen einer bekannten Zweipunkt-λ-Regelung über der Zeitachse;
3 ein Schaubild verschiedener Größen einer bekannten stetigen λ-Regelung über der Zeitachse;
4 eine Signalcharakteristik einer Breitband-λ-Sonde;
5 eine Signalcharakteristik einer Sprung-λ-Sonde;
6 eine Charakteristik der unterschiedlichen Konvertierungsraten in % eines Dreiwege-Katalysators; und
7 ein Schaubild verschiedener Größen einer erfindungsgemäßen Regelung über der Zeitachse.
Gleiche, funktionsgleiche und/oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor 1. Der nicht näher dargestellte Verbrennungsmotor 1 weist zur λ-Regelung in einem vorderen Regelkreis 2 und einem hinteren Regelkreis 3 eine gestrichelt angedeutete Motorsteuereinheit 5 auf. Die Motorsteuereinheit 5 weist neben anderen, nicht dargestellten Komponenten einen vorderen Regler 7 des vorderen Regelkreises 2 sowie einen hinteren Regler 9 des hinteren Regelkreises 3 auf. Der vordere Regler 7 der Motorsteuereinheit 5 steuert die Gemischbildung des Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 entlässt sein Abgas in eine Abgasanlage 11 mit einem Katalysator 13 mit einer ersten λ-Sonde 15 und einer zweiten λ-Sonde 17. Die erste λ-Sonde 15 ist im Abgasweg der Abgasanlage 11 dem Katalysator 13 vorgeschaltet. Die zweite λ-Sonde 17 ist im Abgasweg der Abgasanlage 11 dem Katalysator 13 nachgeschaltet. Die erste λ-Sonde 15 liefert ein Messsignal 19, das dem vorderen Regler 7 nach Subtraktion eines Sollwertes 21 zugeführt wird. Die zweite λ-Sonde 17 liefert ein hinteres Messsignal 23, das dem hinteren Regler 9 zugeführt wird. Der hintere Regler 9 generiert hieraus ein Stellsignal 25, das zusätzlich mit dem Sollwert 21 addiert wird. Mithin bewirkt der hintere Regler 9 eine Veränderung des Sollwertes 21, bevor dieser von dem Messsignal 19 subtrahiert wird.
Im Folgenden wird im Vergleich zu bekannten Regelverfahren gemäß den 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor 1, wie in 7 dargestellt, näher erläutert. 2 zeigt zwei Zeitdiagramme eines bekannten Zweipunkt-λ-Regelverfahrens, wobei ein erstes Schaubild 27 auf der y-Achse ein Stellsignal 29 des vorderen Reglers 7 und ein zweites Schaubild 31 den Verlauf eines Messsignals 19 einer ersten λ-Sonde 15 (siehe 1) zeigt. Bei der ersten λ-Sonde 15 handelt es sich um eine Sprung-λ-Sonde mit einer Charakteristik, wie in 5 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass gemäß der Charakteristik in 5 sich das Messsignal der ersten λ-Sonde 15 im Bereich eines λ-Wertes von 1 besonders stark, quasi sprunghaft ändert. Im Schaubild 31 ist zu erkennen, dass das Messsignal 19 um eine Signalstärke, die 0,45 V entspricht, oszilliert. Üblicherweise entsprechen 0,45 V bei Zweipunkt-λ-Sonden einem λ-Wert von 1. Bei der Zweipunktregelung gemäß dem bekannten Verfahren gemäß 2 führt ein Kreuzen des Messsignals 19 des Schwellwertes von 0,45 V zu einem Umschalten des vorderen Reglers 7. Ein gesamter Regelzyklus läuft dabei wie folgt ab: Zu einem in 2 mit t₁ gekennzeichneten Zeitpunkt durchkreuzt das Messsignal 19 absteigend den Schwellwert von 0,45 V. Daraufhin wird durch den vorderen Regler 7 ein Stelleingriff mit einem Sprung 33 und einer sich daran anschließenden Rampe 35 eingeleitet. Die Rampe 35 dauert bis zu einem in 2 mit t₂ gekennzeichneten Zeitpunkt an. An die Rampe 35 schließt sich eine konstante Phase 37 an, die über eine in 2 mit t_v gekennzeichnete Verzögerungszeit andauert. Die Verzögerungszeit t_v beginnt bei einem Zeitpunkt t₂, bei dem das Messsignal 19 den Schwellwert nach oben durchbricht. Die Verzögerungszeit t_v kann eine Verschiebung des mittleren λ-Wertes bewirken, beispielsweise auf Anforderung des hinteren Reglers 9. Erst nach Ablauf der Verzögerungszeit t_v erfolgt ein dem vorhergehenden Stelleingriff entgegen gesetzter Stelleingriff mit einem weiteren Sprung 33 und einer sich anschließenden Rampe 35. Es ist zu erkennen, dass bei einem in 2 mit t₄ gekennzeichneten Zeitpunkt ein neuer Zyklus beginnt, also ohne Verzögerungszeit der nächste Stelleingriff mit dem entsprechenden Sprung 33 eingeleitet wird.
3 zeigt ein Schaubild einer bekannten stetigen λ-Regelung. 3 zeigt ein Schaubild 41, wobei die y-Achse einen λ-Wert repräsentiert. Das Schaubild 41 zeigt einen kontinuierlich verlaufenden Roh-Sollwert 43. Durch einen Doppelpfeil 45 ist ein Δλ-Wert abweichend von einer λ = 1-Linie 47 eingezeichnet. Dieses Δλ kann dem Roh-Sollwert 43 auf Anforderung des hinteren Reglers 9 aufgeprägt werden. Dem Roh-Sollwert 43 wird außerdem eine Zwangsamplitude aufgeprägt, so dass sich gemäß der Darstellung in 3 ein im Wesentlichen rechteckförmig verlaufender Sollwert 21 ergibt. Es ist zu erkennen, dass sich durch die kontinuierliche Regelung, wie in 3 dargestellt, ein dem rechteckförmig verlaufenden Sollwert 21 möglichst exakt kontinuierlich angenäherter Ist-λ-Wert 49 ergibt.
Für die Regelung gemäß 3 kann eine erste λ-Sonde 15 als Breitbandsonde ausgelegt sein. Eine Charakteristik einer solchen Breitbandsonde zeigt 4. Gemäß 4 ist zu erkennen, dass eine solche Breitbandsonde auch in Bereichen ferner von λ = 1 eine gute Signalauflösung ermöglicht.
7 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor 1. Dazu zeigt 7 ein viertes Schaubild 51 und ein fünftes Schaubild 53, jeweils als Zeitdiagramm mit der x-Achse als Zeitachse. Die x-Achse des vierten Schaubildes 51 repräsentiert einen λ-Wert nahe einer λ = 1-Linie 47. In dem vierten Schaubild 51 sind aufgetragen der Roh-Sollwert 43, der daraus nach Aufprägung der Zwangsamplitude entstehende Sollwert 21 sowie ein Ist-λ-Wert 49 vor dem Katalysator 13. Der Ist-λ-Wert 49 gemäß 7 wird vorteilhaft gemäß der Charakteristik gemäß 5 einer Sprung-λ-Sonde 15 ermittelt. Hierzu wird das Messsignal 19 in eine eine Aufgabengröße kennzeichnende Messgröße, hier in den Ist-λ-Wert 49 wie in dem vierten Schaubild 51 dargestellt, umgerechnet. Es ist zu erkennen, dass mittels der Stelleingriffe des vorderen Reglers 7, ähnlich wie bei der bekannten Breitbandregelung gemäß 3 eine erste Größe λ, also der Ist-λ-Wert 49 möglichst exakt dem rechteckförmig verlaufenden Sollwert 21 nachgeführt werden kann.
Hierzu führt der vordere Regler 7 im fünften Schaubild 53 ersichtliche Stelleingriffe durch. Das fünfte Schaubild 53 der 7 zeigt eine zweite Größe, hier eine Stellgröße 29 des vorderen Reglers 7. Im fünften Schaubild 53 ist zu erkennen, dass die Reglereingriffe vorgesteuert sind, dazu ebenfalls einen Sprung 33 sowie eine sich daran anschließende Rampe 35 aufweisen. Der Sprung 33 ist exemplarisch mittels eines Doppelpfeils 55 angedeutet. An die Rampe 35 schließt sich eine konstante Phase 37 der Stellgröße 29 an. Es ist zu erkennen, dass sich die konstante Phase sowohl bei einem positiven wie auch bei einem negativen Stelleingriff an die Rampe 35 anschließt. Dabei ist im Unterschied zur Darstellung gemäß 2 die konstante Phase 37 als Beginn eines Stelleingriffes zu sehen. Ein solcher Zeitpunkt ist in 7 beispielhaft mit t₆ gekennzeichnet. Zu diesem Zeitpunkt t₆ ist im vierten Schaubild 51 ersichtlich, dass der von der ersten Sonde 15 mittels Umrechnung gelieferte Ist-λ-Wert 49 aufsteigend den Sollwert 21 an einem ersten Kreuzungspunkt 56 kreuzt. Vorteilhaft können die zuvor eingestellte Rampe 35 und der Sprung 33 so gewählt werden, dass sich ungefähr zu dem Zeitpunkt t₆ der Ist-λ-Wert auf den Sollwert 21 einstellt. Es kann also während der konstanten Phase ein ungefähr mit dem Sollwert 21 übereinstimmender λ-Istwert 49 eingestellt werden. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die auf den Zeitpunkt t₆ folgt und in 7 mit t_v angedeutet ist, wird der eigentliche Stelleingriff durch einen weiteren Sprung 33 – mit entgegen gesetztem Vorzeichen – mit einer sich daran anschließenden Rampe 35 – ebenfalls mit entgegen gesetztem Vorzeichen – gestartet. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Sollwert 21 sprungförmig geändert, so dass der Ist-λ-Wert 49 an einem zweiten Kreuzungspunkt 57 erneut den Sollwert 21 kreuzen kann, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, also absteigend. Die Verzögerungszeit kann abhängig von der gewünschten Zwangsamplitude, der Abgaslaufzeit, weiteren Reglereingriffen und/oder dem Übertragungsverhalten des Verbrennungsmotors 1 gewählt werden und im Extremfall einen Wert von t_v = 0 aufweisen.
Es ist zu erkennen, dass trotz einer vorgesteuerten Zweipunktregelung mit Verzögerungszeit gemäß 7 der Sollwert 21 möglichst genau eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist dies dadurch möglich, dass der eigentliche Stelleingriff durch einen Vergleich des tatsächlichen Ist-λ-Wertes 49 mit dem Sollwert 21, also an den Kreuzungspunkten 56 und 57 ausgelöst wird. Bei dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren gemäß 7 ergeben sich also die Vorteile der bekannten, in den 2 und 3 dargestellten Regelungen. Vorteilhaft ergibt sich also eine besonders robuste und genaue λ-Regelung, die ohne aufwändigere und teurere Breitband-λ-Sonde im vorderen Regelkreis 2 auskommt.
Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, insbesondere beschriebene Verfahrensschritte, können zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.

1: Verbrennungsmotor
2: vorderer Regelkreis
3: hinterer Regelkreis
5: Motorsteuereinheit
7: vorderer Regler
9: hinterer Regler
11: Abgasanlage
13: Katalysator
15: erste λ-Sonde
17: zweite λ-Sonde
19: vorderes Messsignal
21: Sollwert
23: hinteres Messsignal
25: Stellsignal
27: erstes Schaubild
29: Stellsignal
31: zweites Schaubild
33: Sprung
35: Rampe
37: konstante Phase
41: drittes Schaubild
43: Roh-Sollwert
45: Doppelpfeil
47: λ = 1-Linie
49: Ist-λ-Wert
51: viertes Schaubild
53: fünftes Schaubild
55: Doppelpfeil
56: erster Kreuzungspunkt
57: zweiter Kreuzungspunkt

Claims

Verfahren zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor (1) mit zumindest einer in einer Abgas führenden Abgasanlage (11) des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Sprung-λ-Sonde (15), die zum Generieren eines vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängigen Messsignals (19) ausgelegt ist, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Motorsteuereinheit (5) mit einem vorderen Regelkreis (2) aufweist, welche unter Verwendung des Messsignals (19) der Sprung-λ-Sonde (15) eine erste Größe λ (49) des Verbrennungsmotors (1) als eine Aufgabengröße beeinflusst, gekennzeichnet durch: – Festlegen eines veränderbaren Sollwerts (21) für das Messsignal (19) der Sprung-λ-Sonde (15) oder einer daraus abgeleiteten Aufgabengröße, – Vorsteuern einer die Gemischbildung des Verbrennungsmotors (1) beeinflussenden zweiten Größe (29) als Stelleingriff des vorderen Regelkreises (2), – Einleiten des Stelleingriffs und/oder Umschalten des vorderen Regelkreises (2), sobald das Messsignal (19) oder die daraus abgeleitete Aufgabengröße den Sollwert (21) kreuzt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Aktualisieren des Sollwertes (21) fortlaufend oder bei einem Vorzeichenwechsel des vorderen Regelkreises.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Umrechnen des Messsignals (19) der Sprung-λ-Sonde (15) in eine die Aufgabengröße kennzeichnende Messgröße.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte: – Verändern des Sollwerts (21) als Stelleingriff eines hinteren Regelkreises (3) der Motorsteuereinheit (5) – Verändern des Sollwerts (21) in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors (1) und/oder Stelleingriffen weiterer Regelungen der Abgasanlage (11).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Vorsteuern der zweiten Größe (29) durch einen Sprung (33) und eine anschließende Rampe (35).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Überwachen und Vergleichen der berechneten Messgröße der Sprung-λ-Sonde (15) mit dem Sollwert (21) der ersten Größe λ (49).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Aufprägen einer mit den Stelleingriffen synchronisierten Zwangsamplitude auf den Sollwert (21).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Zeitverzögertes Einleiten eines Stelleingriffs durch Beenden eines vorhergehenden Stelleingriffes und Vorsteuern der zweiten Größe (29) durch Konstanthalten in einer konstanten Phase (37).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Durchführen des Stelleingriffs, wobei die dabei erfolgende Änderung der zweiten Größe (29), insbesondere der vorgesteuerte Sprung (33), im Wesentlichen ein Erreichen des Sollwerts (21) der ersten Größe λ (49) bewirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Begrenzen des Sollwerts (21) in Abhängigkeit eines Streubandes einer Sondenkennlinie der Sprung-λ-Sonde (15).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: – Generieren einer Information zu Diagnosezwecken, falls ein innerhalb der Begrenzung liegender Sollwert (21) nicht einstellbar ist.