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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines Ausgangssignals
eines Lambda-Sensors einer Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine,
welche eine Steuervorrichtung aufweist, mittels der das Verfahren
durchführbar ist.
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Aufgrund
immer strenger werdender Emissionsgrenzwerte ist die Abgasnachbehandlung
von Brennkraftmaschinen von großer Bedeutung. Zur Verringerung
des Schadstoffausstoßes ist der Einsatz von Abgasreinigungskatalysatoren
sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren unverzichtbar.
Daneben verfügen moderne Brennkraftmaschinen über
Einspritzregelungsanlagen, welche eine exakte Regelung der Brenngemischzusammensetzung
ermöglichen und so eine möglichst weitgehende
Schadstoffbegrenzung gewährleisten. Ein wesentlicher Bestandteil
der Einspritzregelungsanlage ist der im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnete
Lambda-Sensor. Bei Dieselmotoren und bei Ottomotoren, bei welchen
Schichtladebetrieb und/oder Magerbetrieb möglich ist, kommen
lineare Lambda-Sensoren, welche auch als Breitband-Lambda-Sensoren
bezeichnet werden, zum Einsatz. Das Ausgangssignal dieser Lambda-Sensoren
ist jedoch, beispielsweise aufgrund von Vergiftung, Alterung oder
Verstärkungsfehlern, fehlerbehaftet.
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Eine
Möglichkeit zum Ausgleich dieser Ungenauigkeiten ist beispielsweise
in der
DE 198 42 425
A1 offenbart. Danach wird eine Kalibrierung des Lambda-Sensors
während einer Schubabschaltphase der Brennkraftmaschine
durchgeführt, während der die Brennkraftmaschine
bei abgeschalteter Einspritzung dreht. Während dieser Schubabschaltphase
wird der Ausgangswert des Lambda-Sensors mit einem vorgegebenen
Referenzwert für reine Luft bei normierten Bedingungen
verglichen und aus einer eventuellen Abweichung ein Korrekturfaktor
bestimmt. Jedoch können auch durch dieses Verfahren nicht
alle Ungenauigkeiten des Lambda-Sensors kompensiert werden.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mittels denen eine
Steigerung der Genauigkeit des Ausgangssignals des Lambda-Sensors
erreichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren und die Brennkraftmaschine gemäß den
unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
einem Verfahren zur Korrektur eines Ausgangssignals eines Lambda-Sensors
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 1
wird zunächst eine Schubabschaltphase der Brennkraftmaschine
erkannt und anschließend die Zusammensetzung des Abgases
während der Schubabschaltphase mittels des Lambda-Sensors
erfasst. Ferner wird eine Temperatur erfasst, welche ein Maß für
die Ansaugluft der Brennkraftmaschine darstellt. Eine Kalibrierung
des Lambda-Sensors findet dann basierend auf der erfassten Temperatur statt.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Schwankungen in der Temperatur
der angesaugten Luft der Brennkraftmaschine unweigerlich auch zu
Schwankungen des Ausgangssignals des Lambda-Sensors und somit zu
einer ungenauen Kalibrierung des Lambda-Sensors gemäß dem
bekannten Verfahren führen, bei dem die Temperatur unberücksichtigt
bleibt. Bei einer fehlerhaften Kalibrierung des Lambda-Sensors während der
Schubabschaltphase ohne Berücksichtigung der Temperatur
der Ansaugluft bzw. der Umgebungsluft kommt es daher unweigerlich
zu einem permanenten Messfehler des Lambda-Sensors im weiteren Betrieb
der Brennkraftmaschine, was eine optimale Reduzierung des Schadstoffausstoßes
der Brennkraftmaschine behindert. Die der Erfindung zugrunde liegende
Idee ist deshalb darin zu sehen, den Einfluss der Temperatur der Ansaugluft
bzw. der Umgebungsluft auf das Ausgangssignal des Lambda-Sensors
bei der Kalibrierung in der Schubabschaltphase zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
es daher, unter Verwendung eines in der Regel standardmäßig
vorliegenden Messwerts für die Temperatur der Umgebungsluft bzw.
der Ansaugluft der Brennkraftmaschine, die Kalibrierung des Lambda-Sensors
mit deutlich höherer Genauigkeit durchzuführen,
was sich letztendlich positiv auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird zur Kalibrierung
des Lambda-Sensors ein Korrekturwert gebildet, welcher auf der maximal
möglichen Abweichung des Ausgangswerts des Lambda-Sensors
bei maximaler Luftfeuchtigkeit bei der erfassten Temperatur von
einem Signal des Lambda-Sensors bei vorgegebenen Referenzbedingungen
basiert.
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Diese
Ausgestaltung des Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass ein
Grund für die Abhängigkeit des Ausgangssignals
des Lambda-Sensors von der Temperatur in dem Einfluss der Luftfeuchtigkeit
auf die Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft zu finden ist. Je
größer die Luftfeuchtigkeit umso geringer ist
der Sauerstoffgehalt der Luft. Dies führt unweigerlich
dazu, dass das Ausgangssignal des Lambda-Sensors während der
Schubabschaltphase, in der die Zylinder und der Abgastrakt der Brennkraftmaschine
mit Umgebungsluft gespült werden, je nach gerade vorherrschender
Luftfeuchte unterschiedliche Ausgangssignale liefert. Bei Kenntnis
der Luftfeuchtigkeit ließe sich der dadurch verursachte
Fehler korrigieren, was jedoch den Einsatz eines kostspieligen Luftfeuchte-Sensors
erfordert. Aufgrund der engen Korrelation zwischen maximaler Luftfeuchtigkeit
und der Lufttemperatur wird gemäß der Ausgestaltung
des Verfahrens nach Anspruch 2 der Messwert für die Temperatur
der Umgebungsluft bzw. der Ansaugluft dazu genutzt, den Einfluss
der Luftfeuchtigkeit auf das Ausgangssignal des Lambda-Sensors in
einem erheblichen Maße zu reduzieren, ohne dazu einen Luftfeuchte-Sensor
zu benötigen. Dies ist beispielsweise mittels geeigneter
statistischer Methoden möglich, welche auf der maximalen
Luftfeuchtigkeit bei der momentan vorherrschenden Temperatur der
Umgebungsluft bzw. der Ansaugluft und dem Einfluss der Luftfeuchte
auf das Ausgangssignal des Lambda-Sensors basieren. Der Zusammenhang
zwischen der maximalen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur und der
Zusammenhang zwischen der Luftfeuchtigkeit und dem Ausgangswert
des Lambda-Sensors sind bekannt und können beispielsweise
im Speicher einer Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine abgespeichert
werden. Für weitergehende, detaillierte Informationen über
das Vorgehen wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 basiert
der Korrekturwert zusätzlich auf einem mittleren Erwartungswert
für die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft an der geografischen
Position der Brennkraftmaschine.
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Diese
Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine flexible und
verbesserte Kalibrierung des Lambda-Sensor-Signals in Abhängigkeit
von der geografischen Lage der Brennkraftmaschine. Der mittlere
Erwartungswert für die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft
wird beispielsweise von entsprechenden Wetterdiensten bereitgestellt
und kann tabellarisch in einem Speicherelement der Steuervorrichtung
abgespeichert werden. Die momentane geographische Lage kann mittels
eines Positionserfassungssystems ermittelt werden.
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Gemäß den
Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 und
5 handelt es sich bei der Temperatur, welche ein Maß für
die Ansaugluft der Brennkraftmaschine darstellt, um die Umgebungstemperatur
oder die Temperatur, welche in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
herrscht.
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Sowohl
der Wert für die Umgebungstemperatur als auch der Wert
für die Temperatur im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
sind in modernen Motorsteuerungen standardmäßig
verfügbar und werden entweder durch Sensoren oder entsprechende
Temperaturmodelle bereitgestellt. Aufgrund der engen Korrelation
können beider Werte durch geeignete Modelle ineinander
umgerechnet werden.
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Eine
Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 6 umfasst
einen Lambdasensor, welcher in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine
angeordnet ist, ein Mittel zur Erfassung einer Temperatur, welche
ein Maß für die Ansaugluft der Brennkraftmaschine
darstellt und eine Steuervorrichtung, welche mit dem Lambdasensor und
dem Mittel zur Erfassung der Temperatur gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung
ist derart ausgebildet ist, dass sie das Verfahren gemäß dem
Anspruch 1 ausführen kann.
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Bezüglich
der Vorteile der Brennkraftmaschine wird auf die Ausführungen
zum Anspruch 1 verwiesen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher
erläutert. In den Figuren sind:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
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2 ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens in Form eines Ablaufdiagramms.
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In 1 ist
eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Aus
Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die
Darstellung stark vereinfacht ausgeführt.
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Die
Brennkraftmaschine 1 umfasst mindestens einen Zylinder 2 und
einen in dem Zylinder 2 auf und ab bewegbaren Kolben 3.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 27,
in dem stromabwärts einer Ansaugöffnung 4 zum
Ansaugen von Frischluft, ein Luftmassensensor 5, eine Drosselklappe 6 sowie
ein Saugrohr 7 angeordnet sind. Der Ansaugtrakt 27 mündet in
einem durch den Zylinder 2 und den Kolben 3 begrenzten
Brennraum 28. Die zur Verbrennung nötige Frischluft
wird über den Ansaugtrakt 27 in den Brennraum 28 eingeleitet,
wobei die Frischluftzufuhr durch Öffnen und Schließen
eines Einlassventils 8 gesteuert wird. Bei der hier dargestellten
Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit
Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der für die Verbrennung
nötige Kraftstoff über ein Einspritzventil 9 unmittelbar in
den Brennraum 28 eingespritzt wird. Zur Zündung
der Verbrennung dient eine ebenfalls in dem Brennraum 28 ragende
Zündkerze 10. Die Verbrennungsabgase werden über
ein Auslassventil 11 in einen Abgastrakt 29 der
Brennkraftmaschine 1 abgeführt und mittels eines
im Abgastrakt 29 angeordneten Abgaskatalysators 12 gereinigt.
Die Kraftübertragung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
(nicht dargestellt) geschieht über eine mit dem Kolben 3 gekoppelte
Kurbelwelle 13.
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Die
Brennkraftmaschine 1 verfügt ferner über
einen Brennraumdrucksensor 14, einen Drehzahlsensor 15 zur
Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle 13, eine Positionsbestimmungseinrichtung 30 zur
Bestimmung der geographischen Position der Brennkraftmaschine 1,
einen Lambda-Sensor 16, welcher im Abgastrakt 29 vor
dem Abgaskatalysator 12 angeordnet ist, einen Temperatur-Sensor 31 zu
Erfassung der Umgebungstemperatur oder, alternativ dazu, einen im
Ansaugtrakt 27 angeordneten Temperatur-Sensor 32 zu
Erfassung der Ansauglufttemperatur.
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Die
Brennkraftmaschine 1 umfasst weiterhin einen Kraftstofftank 17 sowie
eine darin angeordnete Kraftstoffpumpe 18. Der Kraftstoff
wird mittels der Kraftstoffpumpe 18 über eine
Versorgungsleitung 19 einem Druckspeicher 20 zugeführt.
Dabei handelt es sich um einen gemeinsamen Druckspeicher 20,
von dem aus die Einspritzventile 9 für mehrere
Zylinder 2 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt
werden. In der Versorgungsleitung 19 sind ferner ein Kraftstofffilter 21 und
eine Hochdruckpumpe 22 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 22 dient
dazu, den durch die Kraftstoffpumpe 18 mit relativ niedrigem
Druck (ca. 3 Bar) geförderten Kraftstoff dem Druckspeicher 20 mit
hohem Druck zuzuführen (typischerweise bis zu 150 bar).
Die Hochdruckpumpe 22 wird dabei mittels eines eigenen
Antriebs (nicht dargestellt), beispielsweise eines Elektromotors, oder
durch entsprechende Koppelung mit der Kurbelwelle 13 angetrieben.
Zur Steuerung des Drucks im Druckspeicher 20 ist an diesem
ein Druckeinstellmittel 23, beispielsweise ein Drucksteuerventil
oder ein Mengensteuerventil angeordnet, über welches der
in dem Druckspeicher 20 befindliche Kraftstoff über
eine Rückflussleitung 24 in die Versorgungsleitung 19 bzw.
den Kraftstofftank 17 zurückfließen kann.
Zur Überwachung des Drucks im Druckspeicher 20 ist
ferner ein Drucksensor 25 vorgesehen.
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Der
Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 26 zugeordnet,
welche über Signal- und Datenleitungen mit allen Aktuatoren
und Sensoren verbunden ist. In der Steuervorrichtung 26 sind
kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) und ein
Lambda-Regler LR softwaremäßig implementiert.
Der Lambda-Regler LR ist derart ausgebildet, dass er basierend auf
einem Messwert des Lambda-Sensors 16 den über
die Einspritzventile 9 zugeführte Kraftstoffmenge
derart dosiert, dass sich der Lambda-Wert des Abgases auf einen
vorgegebenen Sollwert einstellt. Basierend auf den Messwerten der
Sensoren und den kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen werden
von der Steuervorrichtung 26 Steuersignale an die Aktuatoren
der Brennkraftmaschine 1 ausgesendet. So ist die Steuervorrichtung 26 über
die Daten- und Signalleitungen mit der Kraftstoffpumpe 18,
dem Druckeinstellmittel 23, dem Drucksensor 25,
dem Luftmassensensor 5, der Drosselklappe 6, der
Zündkerze 10, dem Einspritzventil 9,
dem Brennraumdrucksensor 14, dem Drehzahlsensor 15,
dem Lambda-Sensor 16, der Positionserfassungsvorrichtung 30,
dem Temperatursensor 31 für die Umgebungsluft
und dem Temperatur-Sensor 32 für die Ansaugluft
gekoppelt.
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Bei
dem im Ausführungsbeispiel verwendeten Lambda-Sensor 16 handelt
es sich um eine linearen Lambda-Sensor 16, welcher auch
als Breitband-Lambda-Sensor 16 bezeichnet wird. Dieser
liefert in einem weiten Lambda-Bereich, typischerweise von λ =
0,7 bis λ = 4, ein eindeutiges und monoton steigendes Signal. Das
Ausgangssignal des Lambda-Sensors 16 wird anhand einer
in der Steuervorrichtung 26 abgespeicherten Kennlinie in
einen Lambda-Wert umgerechnet. Der Messwert des Lambda-Sensors 16 wird
dem in der Steuervorrichtung 26 implementierten Lambda-Regler
LR zugeführt und mit einem Lambda-Sollwert verglichen. Eine
Angleichung des Lambda-Wertes an den Lambda-Sollwert geschieht dann über
eine so genannte Einspritzmengenkorrektur, d. h. einer entsprechenden
Anpassung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge. So ist es beispielsweise
im stöchiometrischen Homogenbetrieb eines Ottomotors notwendig,
die Abgaszusammensetzung über die Einspritzmengenregelung
auf einen Lambdawert von λ = 1,0 einzustellen, da der Abgasreinigungskatalysator
nur in einem schmalen Band um λ = 1,0 optimale Reinigungseigenschaften
besitzt. Ferner ist beispielsweise bei einem homogenen Magerbetrieb
der Brennkraftmaschine 1 nötig, die Abgaszusammensetzung
innerhalb eines bestimmten mageren Lambdabereiches zu halten, um
eine zu starke NOx-Entwicklung zu vermeiden. Ähnliches
gilt auch bei Brennkraftmaschinen 1, welche im so genannten
Schichtladebetrieb betrieben werden können. Es ist daher
leicht einzusehen, dass eine exakte Messung der Abgaszusammensetzung
durch dem Lambda-Sensor 16 wesentliche Voraussetzung zur
Reduzierung des Schadstoffausstoßes der Brennkraftmaschine 1 und
somit der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten ist.
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Die
Messgenauigkeit des Lambda-Sensors 16 leidet jedoch unter
dem Einfluss von Alterung und Vergiftung und weist aufgrund von
Bauteiltoleranzen auch eine gewisse Streuung auf. Es kommt daher
zu einer Verschiebung der in der Steuervorrichtung 26 abgespeicherten
Kennlinie für den Lambda-Sensor 16.
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Bekanntermaßen
wird eine Korrektur bzw. eine Kalibrierung des Lambda-Sensors
16 in
einer Schubabschaltungsphase der Brennkraftmaschine
1 durchgeführt.
Unter Schubabschaltung ist hierbei der Betriebszustand der Brennkraftmaschine
1 zu
verstehen, bei dem die Brennkraftmaschine
1 bei abgeschalteter
Kraftstoffeinspritzung dreht. Dadurch wird Umgebungsluft über
den Ansaugtrakt
27 in den Brennraum
28 der Brennkraftmaschine
1 angesaugt
und weitgehend unverändert in den Abgastrakt
29 und
damit zum Lambda-Sensor
16 weitergepumpt. Der Zylinder
2,
der Abgastrakt
29 und der Abgaskatalysator
12 der
Brennkraftmaschine
1 werden daher während der
Schubabschaltungsphase mit Umgebungsluft gespült. Zur Kalibrierung
des Lambda-Sensors
16 wird angenommen, dass der Sauerstoffgehalt
der Umgebungsluft einen bekannten Wert von ca. 21% Volumenanteile
besitzt. Die Umgebungsluft wird daher als Referenzmessgas zur neuen
Kalibrierung bzw. zur Korrektur des Ausgangssignals des Lambda-Sensors
16 verwendet.
In der Steuervorrichtung
26 ist ein vom Hersteller des
Lambda-Sensors
16 vorgegebener nominaler Referenzwert des
Lambda-Sensors
16 bei einem Prüfgas von exakt
21% Volumenanteil Sauerstoff abgespeichert. Basierend auf dem tatsächlichen Ausgangswert
des Lambda-Sensors
16 während der Schubabschaltungsphase
und dem vorgegebenen Referenzwert des Herstellers lässt
sich eine Korrektur der Kennlinie des Lambda-Sensors
16 durchführen.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es über
die gesamte Lebensdauer in regelmäßigen Abständen durchgeführt
werden kann. Ein derartiges Verfahren ist aus der
DE 198 42 425 A1 bekannt
geworden.
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Die
Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft kann jedoch nur im Idealfall
als 21 Volumenprozent angenommen werden. Tatsächlich jedoch
unterliegt die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft messbaren
Schwankungen, was sich unweigerlich auch auf die Kalibrierung des
Lambda-Sensors
16 während der Schubabschaltphase
auswirkt. Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Sauerstoffkonzentration
der Umgebungsluft ist die Luftfeuchtigkeit. Je höher die
Luftfeuchtigkeit, desto gerin ger die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft.
Dies soll exemplarisch anhand der in Tabelle 1 aufgeführten
Messwerte näher erläutert werden (die Werte beziehen
sich auf einen Testsensor mit einem Ausgangssignal von 6 mA bei
Referenzbedingungen): Tabelle 1:
| Lufttemperatur | [°C] | –10 | 0 | 10 | 20 | 30 |
| Maximal
mögliche absolute Luftfeuchte (bei 100% relative Luftfeuchte | [g/kg] | 1.75 | 3.76 | 7.58 | 14.50 | 26.40 |
| Resultierende
maximal mögliche Abweichung des Sensorsignals während
Schubabgleich | [%] | –0.26 | –0.56 | –1.14 | –2.18 | –3.96 |
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In
Tabelle 1 ist für verschiedene Temperaturen der Umgebungsluft
jeweils die maximal mögliche absolute Luftfeuchte bei hundert
Prozent relativer Luftfeuchte und die daraus resultierende maximal
mögliche Abweichung des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 während
der Schubabschaltphase aufgetragen. Es ist eine deutliche Abhängigkeit
der maximal möglichen absoluten Luftfeuchtigkeit sowie
der maximal mögliche Abweichung des Ausgangssignals des
Lambda-Sensors 16 von der Temperatur erkennbar. Während
bei einer Temperatur von –10°C der Umgebungsluft
eine maximal mögliche Luftfeuchte von 1,75 g/kg und eine
daraus resultierende maximal mögliche Abweichung des Ausgangssignals
des Sensors von –0,26% möglich ist, steigen diese
Werte bei einer Temperatur von 30°C auf 26,4 g/kg Luftfeuchte
und einen maximal möglichen Fehler des Lambda-Sensors 16 von –3,96%
an. Derartige Messwerte können beispielsweise vom Hersteller
des Lambda-Sensors 16 bezogen werden oder durch eigene
Messreihen ermittelt werden.
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Der
Betrag des möglichen Fehlers bei der Kalibrierung des Lambda-Sensors 16 während
der Schubabschaltphase aufgrund der variierenden Sauerstoffkonzentration
der Umgebungsluft lässt sich reduzieren, indem der von
dem Hersteller des Lambda-Sensors 16 gelieferte nominale
Referenzwert um einen durch die Temperatur der Umgebungsluft bzw.
der Ansaugluft bestimmten Korrekturwert korrigiert wird.
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Eine
exakte Korrektur des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 ist
jedoch nur unter Kenntnis der exakten Luftfeuchte der Umgebungsluft
der Brennkraftmaschine 1 möglich. Dies setzt aber
die Verwendung eines kostspieligen Luftfeuchtesensors voraus.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens
zur Korrektur des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 ohne
Bereitstellung eines Luftfeuchtesensors vorgestellt. Ein Ablaufdiagramm
des Verfahrens ist in 2 dargestellt. Beispielhaft
werden auch zwei konkrete Varianten einer statistischen Methode zur
Reduzierung des Fehlers bei der Kalibrierung des Lambda-Sensors 16 in
der Schubabschaltphase vorgestellt.
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Nach
dem Start des Verfahrens in Schritt 201 wird zunächst
in Schritt 202 geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine 1 in
einem Schubabschaltungsbetrieb befindet. Wird ein Schubabschaltungsbetrieb
erkannt, so wird mit Schritt 203 fortgefahren. Ansonsten
wird Schritt 202 wiederholt. In Schritt 203 wird
das Ausgangssignal des Lambda-Sensors 16 erfasst. In Schritt 204 wird
nun die Temperatur der Umgebungsluft oder alternativ der Ansaugluft
erfasst. Auf Basis des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 und
der erfassten Temperatur wird nun im Schritt 205 der Lambda-Sensor 16 neu
kalibriert. Im Folgenden werden beispielhaft 2 Varianten für
eine Kalibrierung des Lambda-Sensor 16-Signals bzw. für
die Kalibrierung des Lambda-Sensors 16 vorgestellt:
Bei
einer ersten Variante ist das Ziel, den maximal möglichen
Fehler des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 aufgrund
der variablen Luftfeuchtigkeit zu reduzieren. Dies wird gemäß der
ersten Variante dadurch erreicht, dass der vom Hersteller des Lambda-Sensors 16 gelieferte
Referenzausgangswert des Lambda- Sensors 16 an Luft um 50%
der maximal möglichen Abweichung des Ausgangssignals bei
der gemessenen Temperatur korrigiert wird.
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In
Tabelle 2 ist der absolute Korrekturwert gemäß der
Variante
1 in Abhängigkeit von der Temperatur der
Umgebungsluft bzw. der Ansaugluft beispielhaft für einen
Lambda-Sensor
16 mit einem Ausgangssignal von 6 mA bei
Referenzbedingungen dargestellt. Tabelle 2:
| Lufttemperatur | [°C] | –10 | 0 | 10 | 20 | 30 |
| Absoluter
Korrekturwert (erste Variante) | [mA] | 0.008 | 0.017 | 0.034 | 0.065 | 0.119 |
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So
ergibt sich gemäß Tabelle 1 bei einer Temperatur
von 30°C eine maximal mögliche Abweichung des
Sensorsignals von –3,96%. Fünfzig Prozent dieser
maximalen Abweichung ergeben –1,98%. Der absolute Korrekturwert
gemäß der Variante 1, wie in Tabelle 2 dargestellt,
ergibt sich daher bei 30°C zu 1,98% von 6 mA, was einer
absoluten Verschiebung von 0,119 mA entspricht. Der aus der Kennlinie
für den Lambda-Sensor 16 entnommene Referenzwert
für Umgebungsluft wird daher bei einer Temperatur der Umgebungsluft
bzw. der Ansaugluft von 30°C um den in der Tabelle 2 aufgeführten
Wert von 0,119 mA korrigiert. Bei anderen Temperaturen wird analog
verfahren.
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Gemäß einer
zweiten Variante wird der langfristige Mittelwert des Fehlerbertrags
des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 reduziert. Dabei
wird der vom Hersteller des Lambda-Sensors 16 gelieferte
Referenzwert um einen Korrekturwert korrigiert, welcher sich aus
dem statistischen Erwartungswert für die Luftfeuchte an
der aktuellen geografischen Position der Brennkraftmaschine 1 bei
der gemessenen Temperatur ergibt. Zur Bestimmung des Korrekturwerts
ist zunächst die Kenntnis über die zu erwartende
mittlere Luftfeuchtigkeit an der aktu ellen geografischen Position
der Brennkraftmaschine 1 nötig.
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Derartige
Daten werden von Wetterdiensten bereitgestellt und können
beispielsweise in Form einer Landkarte in der Steuervorrichtung 26 abgespeichert
werden. Die geografische Position kann dabei mittels der Positionsbestimmungsvorrichtung
(GPS) ermittelt werden.
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In
Tabelle 3 ist der gemäß der zweiten Variante berechnete
absolute Korrekturwert in Abhängigkeit von der Temperatur
der Umgebungsluft bzw. der Ansaugluft beispielhaft für
einen Lambda-Sensor
16 aufgeführt, dessen Referenzwert
für Umgebungsluft vom Hersteller mit 6 mA angegeben wurde. Tabelle 3:
| Lufttemperatur | [°C] | –10 | 0 | 10 | 20 | 30 |
| Absoluter
Korrekturwert (zweite Variante) | [mA] | 0.012 | 0.026 | 0.053 | 0.101 | 0.183 |
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Die
Berechnung des Korrekturwerts gemäß der zweiten
Variante wird nun beispielhaft erläutert. Angenommen, die
Kalibrierung des Lambda-Sensors 16 findet bei einer Temperatur
der Umgebungsluft von 20°C statt. Die maximal mögliche
Abweichung des Ausgangssignals des Lambda-Sensors 16 bei
20°C beträgt gemäß Tabelle 1 –2,18%.
Der durch Auswertung von Klimadaten erhaltene statistische Erwartungswert
für die mittlere Luftfeuchtigkeit an der aktuellen Position
der Brennkraftmaschine 1 wird beispielhaft mit 77% angenommen.
77% der maximal möglichen Abweichung von –2,18%
beträgt 1,68%. Der absolute Korrekturwert beträgt
gemäß der zweiten Variante 1,68% des Referenzwerts
von 6 mA. Daraus ergibt sich ein Korrekturwert von 0,101 mA. Der
vom Hersteller gelieferte Referenzwert für den Ausgangswert
des Lambda-Sensors 16 bei Umgebungsluft wird daher bei
einer Temperatur von 20°C der Umgebungsluft bzw. Ansaugluft
um 0,101 mA korrigiert.
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Das
Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in Schritt 206 einmal
vollständig durchgelaufen und kann hier entweder beendet
oder erneut gestartet werden.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Ansaugöffnung
- 5
- Luftmassensensor
- 6
- Drosselklappe
- 7
- Saugrohr
- 8
- Einlassventil
- 9
- Einspritzventil
- 10
- Zündkerze
- 11
- Auslassventil
- 12
- Abgaskatalysator
- 13
- Kurbelwelle
- 14
- Brennraumdrucksensor
- 15
- Drehzahlsensor
- 16
- Lambda-Sensor
- 17
- Kraftstofftank
- 18
- Kraftstoffpumpe
- 19
- Versorgungsleitung
- 20
- Druckspeicher
- 21
- Kraftstofffilter
- 22
- Hochdruckpumpe
- 23
- Druckeinstellmittel
- 24
- Rückflussleitung
- 25
- Drucksensor
- 26
- Steuervorrichtung
- 27
- Ansaugtrakt
- 28
- Brennraum
- 29
- Abgastrakt
- 30
- Positionsbestimmungseinrichtung
- 31
- Temperatur-Sensor
für Umgebungstemperatur
- 32
- Temperatur-Sensor
für Ansaugluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19842425
A1 [0003, 0026]