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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Fehlfunktion einer Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysator und mit zumindest einer in dem Katalysator oder in Abgasrichtung nach dem Katalysator angeordneten Lambda-Sonde, wobei die Kraftstoffzumessung durch einen von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängigen Basiswert vorgegeben wird, wobei die von dem Basiswert vorgegebene Kraftstoffzumessung durch einen Regelkreis zur Regelung des Lambdawertes des Abgases auf einen vorgegebenen Lambdawert korrigiert wird, wobei bei systematischen Abweichungen der von dem Basiswert vorgegebenen Kraftstoffzumessung von der durch den Regelkreis korrigierten Kraftstoffzumessung ein Adaptionseingriff zur Langzeitkorrektur der von dem Basiswert vorgegebenen Kraftstoffzumessung erfolgt, wobei für den Beschleunigungsfall und den Verzögerungsfall eine Übergangskompensation der Kraftstoffzumessung, welche eine Wandfilmkompensation beinhaltet, durchgeführt wird und wobei die Übergangskompensation in Abhängigkeit von dem Adaptionseingriff angepasst wird.
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Aus der
DE 30 36 107 C3 ist eine Regeleinrichtung bekannt für ein Kraftstoffzumesssystem bei einer Brennkraftmaschine bestehend aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil), einer Lambdasonde, Mitteln (Zeitglied) zum Bilden eines Grundzumesssignals, das betriebskenngrößenabhängig korrigiert letztlich das Ansteuersignal (ti) der Kraftstoffversorgungsvorrichtung bestimmt, einem Lambda-Regler, der ausgehend von einem von der Lambda-Sonde gemessenen Signal (λ) einen Korrekturfaktor ermittelt, der multiplikativ das Grundzumesssignal (tp) mit dem Korrekturfaktor beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass die Lambda-Korrektur außer vom Korrekturfaktor (KR λ) abhängig ist von einer additiven (KA λ) und/oder einer multiplikativen (KL λ) Korrekturgröße, die korrekturfaktor- und betriebskenngrößenabhängig bestimmt wird.
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Die Regeleinrichtung ermöglicht es somit, systematische Abweichungen der durch das Grundzumesssignal vorgegebenen Kraftstoffzumessungen, also der so genannten Vorsteuerung, von dem durch die Lambda-Regelung ermittelten Wert durch einen Adaptionseingriff mit einer entsprechenden Langzeitkorrektur auszugleichen. Systematische Abweichungen können beispielsweise durch Alterungseinflüsse oder durch Fertigungseinflüsse bedingt sein. Im Mittel entspricht die durch die korrigierte Vorsteuerung definierte Menge an Kraftstoff der tatsächlich benötigten Menge. Kurzfristige Abweichungen können mit dem Lambda-Regler ausgeglichen werden, dem jetzt wieder der gesamte Regelbereich zur Verfügung steht. Das zugrunde liegende Verfahren ist auch unter der Bezeichnung Gemischadaption bekannt.
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Die Gemischadaption lieferte einen additiven und multiplikativen Langzeitkorrekturwert, die nach bekanntem Verfahren Eingangsgröße in der Diagnose von Kraftstoffversorgungssystemen sind. Verlässt eine dieser Korrekturgrößen ein vorgegebenes Band, dann wird auf einen Fehler in dem Kraftstoffversorgungssystem geschlossen.
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Aus der
DE 41 17 440 C2 ist ein Verfahren zum adaptiven Einstellen eines Kraftstoff/Luftgemisches zum Berücksichtigen von Kraftstoffeigenschaften im Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Lambdaregler aufweist, der einen Regelfaktor RF ausgibt, und die einen Adaptionsintegrator aufweist, der einen Adaptionsfaktor AF mit variabler Adaptionsgeschwindigkeit ausgibt, der neben dem Regelfaktor FR die Einstellung des Kraftstoff/Luftgemischs beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass überprüft wird, ob die Lambda-Regelungsabweichungsamplitude einen ersten Schwellenwert übersteigt, und, wenn dies der Fall ist, die Adaptionsgeschwindigkeit so lange auf einen erhöhten Wert gesetzt wird, bis eine vorgegebene Bedingungen erfüllt ist, wonach auf eine niedrige Adaptionsgeschwindigkeit zurückgeschaltet wird.
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Das Verfahren ermöglicht es, Brennkraftmaschinen, welche mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden können, störungsfrei zu betreiben. So muss beispielsweise die Einspritzzeit bei einem Wechsel von einem Kraftstoff Benzin auf ein Kraftstoffgemisch aus 85% Ethanol und 15% Benzin um mehr als 20% verlängert werden, um die gleichen Lambdawerte im Abgas zu erhalten. Nach dem in der Schrift
DE 41 17 440 C2 beschriebenen Verfahren wird dazu ein entsprechender Adaptionseingriff vorgenommen. Da bei einem Kraftstoffwechsel eine im Vergleich zum Ausgleich von Alterungseinflüssen oder Fertigungseinflüssen sehr starke Korrektur der Einspritzzeiten und somit des Adaptionseingriffes vorgenommen werden muss, wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Adaptionsgeschwindigkeit bei einem erkannten Kraftstoffwechsel deutlich erhöht.
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Aus der Literatur sind eine Reihe von Verfahren zur Übergangskompensation der Kraftstoffzumessung im Beschleunigungs- und Verzögerungsfall von Brennkraftmaschinen bekannt. So ist in der nicht veröffentlichten Schrift
DE 39 39 548 A1 ein entsprechendes System beschrieben, das mit einem Wandfilmmodell arbeitet. Dabei wird neben einem Grundeinspritzsignal ein betriebskenngrößenabhängiges Wandfilmmengensignal gebildet, darüber hinaus ein so genanntes Absteuerfaktorsignal, das im Falle eines Übergangsbetriebs der Brennkraftmaschine die Änderung des Wandfilms über der Zeit berücksichtigt.
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Aus der
DE 41 15 211 C2 ist ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine mit Sensoren für Last, Drehzahl und Temperatur, sowie einer Sonde im Abgasrohr, mit Mitteln zur Bestimmung eines Grundeinspritzmengensignals (t1) sowie eines Übergangskompensationssignals (UK) zur Anpassung der zugemessenen Kraftstoffmenge im Beschleunigungs- und Verzögerungsfall bekannt. Dabei ist es vorgesehen, dass aus Kennfeldern ein Wandfilmmengensignal (W) sowie zwei Absteuerfaktoren FWS1, FWS2) für den Beschleunigungs- und Verzögerungsfall abgeleitet werden, dass ein Korrektursignal (Wkor) für das Wandfilmmengensignal (W) sowie Korrektursignale (FWS1kor, FWS2kor) für die zwei Absteuerfaktoren (FWS1, FWS2) gebildet werden, dass die einzelnen Signale miteinander verknüpft werden und daraus ein Übergangskompensationssignal (UK) gebildet wird und dass eine Adaption wenigstens eines der Korrekturwerte (Wkor, FWSlkor und FWS2kor) für die aus den Kennfeldern ausgelesenen Werte durchgeführt wird.
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Die
DE 103 33 933 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (100), bei denen Emissionen der Brennkraftmaschine (100) im Abgas erfasst werden, und abhängig von dem Vergleich der erfassten Emissionen mit einem Sollwert (SP, SN) eine für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine (100) beeinflussende Stellgröße korrigiert wird.
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Die
DE 198 43 871 B4 offenbart ein Verfahren zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators, dem Abgas von einem Verbrennungsprozeß zugeführt wird mit einem in Strömungsrichtung hinter dem NOx-Speicher angeordneten NOx-Sensor, wobei das Abgas in ersten Phasen so beeinflußt wird, daß es mehr NOx enthält als in zweiten Phasen und wobei das Abgas in den zweiten Phasen so beeinflußt wird, daß es Reduktionsmittel enthält und wobei ein wiederholter Wechsel von der ersten zur zweiten Phase erfolgt, wobei die Funktionsfähigkeit des NOx-Katalysators auf der Basis des Signals des NOx-Sensors beurteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Größe, die den zeitlichen Verlauf des Signals des NOx-Sensors bei neuem Katalysator repräsentiert, erfaßt und gespeichert wird, daß die Erfassung der wenigstens einen Größe zu späteren Zeitpunkten wiederholt wird, daß Abweichungen zwischen den zu den verschiedenen Zeitpunkten erfaßten Größen ermittelt werden und daß der Katalysator als defekt gewertet wird, wenn wenigstens eine Abweichung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
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Es ist weiterhin bekannt, bei Brennkraftmaschinen, welche mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden, die Übergangskompensation an die Kraftstoffqualität anzupassen. So verdampft beispielsweise Ethanol schlechter als Benzin, weshalb bei einem hohen Ethanol-Gehalt im Kraftstoff die Wandfilmkompensation verstärkt werden muss. Erfolgt dies nicht, ergeben sich bei Lastwechseln starke Lambda-Abweichungen im Abgas der Brennkraftmaschine. Die Anpassung der Übergangskompensation kann auf Basis des multiplikativen Langzeitkorrekturwertes der Gemischadaption erfolgen.
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Nachteilig bei den beschriebenen Verfahren ist, dass insbesondere der multiplikative Langzeitkorrekturwert der Gemischadaption bei Brennkraftmaschinen, welche mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können, nicht weiterhin als Eingangsgröße für die Diagnose von Kraftstoffversorgungssystemen eingesetzt werden kann, da er im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des verwendeten Kraftstoffes beziehungsweise Kraftstoffgemisches beeinflusst ist und nicht durch Fehler im Kraftstoffversorgungssystem.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Erkennung von Fehlern in Kraftstoffversorgungssystemen von Brennkraftmaschinen, welche mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können, ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung geschlossen wird, wenn bei Betriebszuständen, in welchen die Brennkraftmaschine mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, der Stickoxidanteil im Abgas nach dem Katalysator und/oder innerhalb des Katalysators einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und/oder wenn bei Betriebszuständen, in welchen die Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, der Kohlenwasserstoffanteil und/oder der Kohlenmonoxidanteil im Abgas nach dem Katalysator und/oder innerhalb des Katalysators einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
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Die Übergangskompensation mit der zugehörigen Wandfilmkompensation wird, wie beschrieben, auf Basis des multiplikativen Langzeitkorrekturwertes der Gemischadaption ermittelt. Ein multiplikativer Fehler im Kraftstoffsystem führt zu einer nicht angepassten Übergangskompensation. Bei Lastwechseln, also bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem fetten oder einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch, führt dies zu Lambdaabweichungen im Abgas der Brennkraftmaschine. Sind die Lambda-Abweichungen so stark, dass der Katalysator sie mit seinem Sauerstoffspeicherverhalten nicht mehr puffern kann, so enthält das Abgas nach dem Katalysator bei mageren Betriebsphasen einen erhöhten Anteil an Stickoxid, während das Abgas bei fetten Betriebsphasen nach dem Katalysator einen erhöhten Anteil an Kohlenwasserstoffen und/oder an Kohlenmonoxid aufweist. Die Bestimmung des Stickoxidanteils und/oder des Kohlenmonoxidanteils und/oder des Kohlenwasserstoffanteils im Abgas der Brennkraftmaschine nach und/oder innerhalb des Katalysators ermöglicht es so, auch bei Brennkraftmaschinen, die mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden können, eine Diagnose des Kraftstoffsystems durchzuführen.
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Der auf Grund einer fehlerhaften Übergangskompensation bedingte Anstieg an Stickoxid und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid im Abgas der Brennkraftmaschine lässt sich dadurch nachweisen, dass der Stickoxidanteil des Abgases und/oder der Kohlenwasserstoffanteil des Abgases und/oder der Kohlenmonoxidanteil des Abgases innerhalb und/oder nach dem Katalysator mit Hilfe eines Spannungssignals der Lambda-Sonde bestimmt werden. Die nicht angepasste Übergangsfunktion führt, wie beschrieben, bei Lastwechseln zu Lambdaabweichungen im Abgas der Brennkraftmaschine, welche direkt mit der Lambda-Sonde bestimmt werden können. Da eine Lambda-Sonde ohnehin vorgesehen ist, werden für die Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen Bauteile benötigt, die Umsetzung kann alleine über eine entsprechende Erweiterung der Software eines vorhandenen Steuergerätes erfolgen.
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Die Abfrage, ob der Stickoxidanteil des Abgases einen Schwellwert überschritten hat, der auf eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung schließen lässt, kann so erfolgen, dass aus dem Spannungssignal der Lambda-Sonde ein Lambdawert lamhk berechnet wird, dass über eine erste Kennlinie oder über ein erstes Kennlinienfeld aus dem Lambdawert lamhk eine Stickoxid-Rate rnox bestimmt wird, dass aus der Stickoxid-Rate rnox über einen ersten Tiefpassfilter eine mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil bestimmt wird, dass die mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil mit einem vorgegebenen Schwellwert rnoxd verglichen wird und dass auf eine Fehlfunktion in der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung geschlossen wird, wenn die mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil den vorgegebenen Schwellwert rnoxd überschreitet. Bei fettem Kraftstoffgemisch (Lambda < 1) und bei stöchiometrischem Kraftstoffgemisch (Lambda = 1) ist die Stickoxid-Rate rnox klein und steigt bei magerem Kraftstoffgemisch (Lambda > 1) progressiv an.
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Die Abfrage, ob der Kohlenwasserstoffanteil oder der Kohlenmonoxidanteil des Abgases einen Schwellwert überschritten hat, der auf eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung schließen lässt, kann so erfolgen, dass aus dem Spannungssignal der Lambda-Sonde ein Lambdawert lamhk berechnet wird, dass über eine zweite Kennlinie oder über ein zweites Kennlinienfeld aus dem Lambdawert lamhk eine Kohlenmonoxid-Rate rco bestimmt wird, dass aus der Kohlenmonoxid-Rate rco über einen zweiten Tiefpassfilter eine mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil bestimmt wird, dass die mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil mit einem vorgegebenen Schwellwert rhcd verglichen wird und dass auf eine Fehlfunktion in der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung geschlossen wird, wenn die mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil den vorgegebenen Schwellwert rhcd überschreitet. Bei magerem Kraftstoffgemisch (Lambda > 1) und bei stöchiometrischem Kraftstoffgemisch (Lambda = 1) ist die Kohlenmonoxid-Rate rco klein und steigt bei fettem Kraftstoffgemisch (Lambda < 1) an.
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Um Fehler der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung von kurzfristigen Störungen, welche ebenfalls eine Auswirkung auf das Lambda-Signal der Lambda-Sonde haben, sicher unterscheiden zu können kann es vorgesehen sein, dass als Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters und/oder des zweiten Tiefpassfilters eine Zeitkonstante von mehr als 15 Minuten, vorzugsweise von einer Stunde, verwendet wird.
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Das Verfahren lässt sich bevorzugt zur Bestimmung einer Fehlfunktion einer Kraftstoffzumessung einer wahlweise mit unterschiedlichen Betriebsstoffen und/oder einer Mischung aus unterschiedlichen Betriebstoffen betreibbaren Brennkraftmaschine anwenden.
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Dabei kann das Verfahren insbesondere zur Bestimmung einer Fehlfunktion einer Kraftstoffzumessung einer wahlweise mit Benzin, Methanol, Ethanol und/oder einer Mischung aus zumindest zwei der drei Betriebsstoffe betreibbaren Brennkraftmaschine vorteilhaft eingesetzt werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einem Blockdiagramm die Auswertung eines Lambdawertes lamhk zur Erkennung einer Fehlerfunktion einer Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung für eine Brennkraftmaschine.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in einem Blockdiagramm die Auswertung eines Lambdawertes lamhk 40 zur Erkennung einer Fehlerfunktion einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung für eine Brennkraftmaschine.
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Der Lambdawert lamhk 40 wird einer ersten Kennlinie 10 und einer zweiten Kennlinie 20 zugeführt.
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Ausgangssignal der ersten Kennlinie 10 ist eine Stickoxid-Rate rnox 50, welche einem ersten Tiefpass 11 zugeleitet wird. Einer ersten Vergleichsstufe 13 wird eine mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil 51 als Ausgangssignal des ersten Tiefpasses 11 sowie ein Schwellwert rnoxd 52, welcher von einem ersten Schwellwertgeber 12 bereitgestellt wird, zugeführt. Die erste Vergleichsstufe 13 bildet daraus ein Fehlersignal Stickoxid 53 als Eingangssignal einer Entscheidungsstufe 30.
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Die zweite Kennlinie 20 gibt eine Kohlenmonoxid-Rate rco 60 als Eingangssignal für einen zweiten Tiefpass 21 aus. Einer zweiten Vergleichsstufe 23 wird eine mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil 61 als Ausgangssignal des zweiten Tiefpasses 21 sowie ein Schwellwert rhcd 62, welcher von einem zweiten Schwellwertgeber 22 bereitgestellt wird, zugeführt. Die zweite Vergleichsstufe 23 bildet daraus ein Fehlersignal Kohlenmonoxid 63 als zweites Eingangssignal für die Entscheidungsstufe 30.
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Die Entscheidungsstufe 30 gibt ein Fehlersignal E-dkvs 41 aus.
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Der Lambdawert Imhk 40 wird nicht dargestellt aus einem Spannungssignal einer Lambda-Sonde ermittelt. Dabei ist die Lambda-Sonde in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine innerhalb eines Katalysators oder in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Katalysator angeordnet.
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In der ersten Kennlinie 10 wird aus dem Lambdawert Imhk 40 die Stickoxid-Rate rnox 50 im Abgas der Brennkraftmaschine nach dem Katalysator bestimmt. Dabei kann es sich bei der ersten Kennlinie 10 um eine einzelne Kennlinie oder um ein Kennlinienfeld handeln. Bei fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch ist die Stickoxid-Rate rnox 50 vernachlässigbar, sie steigt jedoch mit einem Lambdawert Imhk 40, welcher größer ist als eins, progressiv an.
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In der zweiten Kennlinie 20 wird aus dem Lambdawert Imhk 40 die Kohlenmonoxid-Rate rcofil 60 im Abgas der Brennkraftmaschine nach dem Katalysator bestimmt. Auch hier kann die zweite Kennlinie 20 aus einer einzelnen Kennlinie oder aus einem Kennlinienfeld bestehen. Im Gegensatz zur Stickoxid-Rate rnox 50 ist die Kohlenmonoxid-Rate rco 60 bei magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch klein, während sie bei fettem Gemisch hoch ist.
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Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine bei einem Lambdawert lamhk 40 von ungefähr 1 zu betreiben, da hier sowohl die Stickoxid-Rate rnox 50 als auch die Kohlenmonoxid-Rate rco 60 klein ist.
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Der erste Tiefpass 11 bildet aus der Stickoxid-Rate rnox 50 eine mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil 51, während der zweite Tiefpass 21 aus der Kohlenmonoxid-Rate rco 60 eine mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil 61 bildet. Der erste und der zweite Tiefpass 11, 12 trennen somit kurzfristige Schwankungen des Lambdawertes lamhk von langsameren Änderungen, wie sie von einer Fehlfunktion der Kraftstoffzumessung verursacht werden. Dazu sind der erste und der zweite Tiefpassfilter 11, 12 bevorzugt mit einer großen Zeitkonstanten von mehr als 15 Minuten, besonders bevorzugt von circa einer Stunde, ausgelegt.
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Ein multiplikativer Fehler in der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine führt zu einer nicht angepassten Übergangsfunktion der Brennkraftmaschine, insbesondere zu einer nicht angepassten Wandfilmkompensation. Dies verursacht bei Lastwechseln Lambdaabweichungen im Abgas der Brennkraftmaschine. Wenn diese Lambdaabweichungen so stark sind, dass der Katalysator sie mit seinem Sauerstoffspeicherverhalten nicht mehr puffern kann, dann gelangt bei mageren Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine Stickoxid, bei fetten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine Kohlenwasserstoff über die Abgasanlage ins Freie. Dies wird von der Lambda-Sonde hinter dem Katalysator oder in dem Katalysator gemessen. Mit zunehmenden Lambdaabweichungen, verursacht durch eine fehlerhaft angepasste Übergangsfunktion beziehungsweise durch eine fehlerhaft angepasste Wandfilmkompensation, steigen die mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil 51 und die mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil 61 an.
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In der ersten Vergleichsstufe 13 wird die mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil 51 mit dem von dem ersten Schwellwertgeber 12 ausgegebenen Schwellwert rnoxd 52 verglichen. Übersteigt die mittlere Stickoxid-Rate rnoxfil 51 den Schwellwert rnoxd 52, setzt die erste Vergleichsstufe 13 das Fehlersignal Stickoxid 53.
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Entsprechend wird in der zweiten Vergleichsstufe 23 die mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil 61 mit dem von dem zweiten Schwellwertgeber 22 ausgegebenen Schwellwert rhcd 62 verglichen. Übersteigt die mittlere Kohlenmonoxid-Rate rcofil 61 den Schwellwert rhcd 62, setzt die zweite Vergleichsstufe 23 das Fehlersignal Kohlenmonoxid 63.
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Die Entscheidungsstufe 30 gibt bei Vorliegen des Fehlersignals Stickoxid 53 und/oder des Fehlersignals Kohlenmonoxid 63 das Fehlersignal E-dkvs aus, welches eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Kraftstoffzumessung der Brennkraftmaschine signalisiert.
