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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und einen Abgassensor umfasst. Ein Lambdaregler ist vorgesehen, dessen Regeldifferenz abhängig von einem Messsignal des Abgassensors und einem Zwangsanregungssignal ermittelt wird und dessen Reglerstellsignal eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst.
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Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, in dem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen.
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Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
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Zu diesem Zweck werden beispielsweise Abgaskatalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln.
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Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Katalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
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Aus dem Fachbuch ”Handbuch Verbrennungsmotoren”, Herausgeber Richard van Basshuysen, Fred Schäfer, 2. Auflage, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Juni 2002, Seiten 559 bis 561, ist eine lineare Lambdaregelung bekannt mit einer linearen Lambdasonde, die stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordnet ist, und einer binären Lambdasonde, die stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Ein Lambdasollwert wird mittels eines Filters gefiltert, das Gaslaufzeiten und das Sensorverhalten berücksichtigt. Der so gefilterte Lambdasollwert ist die Regelgröße eines PII2D-Lambdareglers, dessen Stellgröße eine Einspritzmengenkorrektur ist.
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Im Zusammenhang mit der Lambdaregelung kommt der oder den Lambdasonden eine besondere Bedeutung zu. Aus diesem Grund werden immer strengere gesetzliche Vorgaben umgesetzt, die eine sehr strikte Überwachung der jeweiligen Lambdasonde erfordern. So wird im Rahmen der Gesetzgebung des Staates Kalifornien (Title 13, California Code Regulations, Section 1968.2, Chapter (e) (7)) neben einer bestehenden Dynamikdiagnose einer stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordneten Lambdasonde für die Erkennung einer dynamischen, symmetrischen Alterung zusätzlich auch das Erkennen einer asymmetrisch gealterten Lambdasonde gefordert. In diesem Zusammenhang ist eine dynamische, symmetrische Alterung der Lambdasonde so zu verstehen, dass deren Ansprechverhalten nach Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von mager nach fett und umgekehrt symmetrisch verzögert ist. Bei einer dynamischen asymmetrischen Alterung zeigt nur das Ansprechverhalten eines der beiden Übergänge eine Verlangsamung der Signalreaktion. Die Verlangsamung der Signalreaktion äußert sich dabei regelmäßig in einer Verzögerung der Sprungantwort als Folge der Gemischänderung, in einer reduzierten Rampensteilheit oder in einer Kombination aus beiden. Die Verzögerung der Sprungantwort repräsentiert eine Totzeit. Eine besondere Herausforderung ist in diesem Zusammenhang über die geforderte Lebensdauer und unter Berücksichtigung aller Einsatzbedingungen robuste und feldtaugliche Diagnoseergebnisse zu erhalten, insbesondere unter Berücksichtigung verschärfter Laufleistungsforderungen von bis zu 150.000 Meilen.
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Aus
US 6,371,096 B1 ist ein Diagnosesystem für eine Breitbandlambdasonde bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart D1 eine Regelverstärkung eines Lambdareglers für die Diagnose auf einen von dem Normalbetrieb verschiedenen Wert zu setzen, um so einen Fehler des Lambdasensors zu erkennen.
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Aus der
US 5,052,361 ist es bekannt, eine Verschlechterung eines Abgaskonzentrationssensors fur eine Brennkraftmaschine zu erkennen durch das Integrieren einer Differenz zwischen einer Ausgabe des Abgaskonzentrationssensors und einem vorgegebenen Referenzwert.
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Aus der
US 5,179,929 ist ein Verfahren bekannt zum Erkennen einer Verschlechterung eines Abgaskonzentrationssensors, der eingesetzt wird zum Regeln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftmaschine. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizient wird abhängig von einem Wert des Sensors und einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingestellt. Eine Vielzahl von mittleren Werten dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur-Koeffizient werden ermittelt für eine Vielzahl von vorgegebenen Bereichen des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Ein Grad der Verschlechterung des Sensors wird abhängig von einem Vergleich der so ermittelten mittleren Werte bestimmt.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einen einfachen und zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine dazu korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und einen Abgassensor umfasst. Ein Lambdaregler ist vorgesehen, dessen Regeldifferenz abhängig von einem Messsignal des Abgassensors und einem Zwangsanregungssignal ermittelt wird und dessen Reglerstellsignal eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst. In einem Diagnosebetrieb wird von einem Normaldatensatz bezüglich mindestens eines Reglerparameters des Lambdareglers umgeschaltet auf einen zugeordneten Diagnosedatensatz, der so vorgegeben ist, dass der Lambdaregler bei Vorhandensein zumindest eines vorgegebenen Totzeitverhaltens im Bezug auf das Messsignal des Abgassensors in seinem Instabilitätsbereich betrieben wird. Während des Diagnosebetriebs wird ein Gütewert abhängig von zumindest einem Anteil des Reglerstellsignals über eine vorgegebene Zeitdauer ermittelt oder es wird der Gütewert abhängig von dem Reglerstellsignal über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt. Abhängig von dem Gütewert wird entweder auf das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein eines Fehlers des Abgassensors erkannt.
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Auf diese Weise ist es besonders einfach und zuverlässig möglich, einen Fehler im Bereich des Abgassensors, der durch das vorgegebene Totzeitverhalten oder ein darüber hinaus gehendes Totzeitverhalten sich auszeichnet, einfach und zuverlässig zu erkennen. Es ist so beispielsweise möglich, auch schon sehr geringe Totzeiten zu detektieren und somit auch bei sehr strengen diesbezüglichen Anforderungen eine zuverlässige Diagnose durchzuführen und so einen Beitrag zu sehr geringen Schadstoffemissionen zu leisten. Durch das Umschalten von dem Normaldatensatz auf den Diagnosedatensatz lediglich in dem Diagnosebetrieb ist es ferner möglich, den Normaldatensatz robust gegen gegebenenfalls vorkommende Totzeiten auszulegen und diesen darüber hinaus auch robust gegenüber Verstärkungsfehler auszulegen und somit in dem Normalbetrieb einen reibungslosen Betrieb zu ermöglichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird lediglich bezüglich eines Integral-Reglerparameters auf den Diagnosedatensatz in dem Diagnosebetrieb umgeschaltet. Diesbezüglich hat sich überraschend gezeigt, dass ein besonders präzises Erkennen des jeweiligen Fehlers so einfach möglich ist in dem Diagnosebetrieb. Es ist ferner überraschend möglich, eine in dem Normalbetrieb mit dem Normaldatensatz vorhandene Amplitudenreserve annähernd beizubehalten. Dies macht dann den Lambdaregler auch in dem Diagnosebetrieb robust gegen Verstärkungsfehler, zum Beispiel hervorgerufen durch eine tatsächlich veränderte Abgassensorkennlinie oder ein von dem erwarteten Verhalten abweichendes Einspritzverhalten der Einspritzventile.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Diagnosedatensatz so vorgegeben, dass sich im Vergleich zu der Anwendung des Normaldatensatzes eine im Wesentlichen unveränderte Amplitudenreserve im Rahmen der Lambdaregelung ergibt. Dies hat eine sehr hohe Robustheit gegen Verstärkungsfehler zur Folge.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gütewert über mindestens eine Periodendauer einer maximalen Eigenfrequenz einer Schwingung des zumindest einen Anteils des Reglerstellsignals ermittelt, hervorgerufen durch das Vorhandensein des zumindest einen Totzeitverhaltens im Bezug auf das Messsignal des Abgassensors. Auf diese Weise kann der Diagnosebetrieb vergleichsweise kurz gehalten werden, aber dennoch eine präzise Diagnose durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gütewert bezüglich des Reglerstellsignals lediglich abhängig von einem Proportional-Anteil des Reglerstellsignals ermittelt. Diesbezüglich hat sich überraschend gezeigt, dass der Gütewert dann eine besonders hohe Korrelation im Hinblick auf das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Fehlers des Abgassensors aufweist und somit eine besonders präzise Diagnose möglich ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein erster Kennwert abhängig von dem zumindest einen Anteil des Reglerstellsignals über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt und der Gütewert wird abhängig von dem ersten Kennwert ermittelt.
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Gemäß einer weiteren und vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Kennwert abhängig von einem Abstandsintegral des zumindest einen Anteils des Reglerstellsignals bezogen auf einen Reglerreferenzsignalverlauf über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt. So kann sehr präzise der Fehler des Abgassensors erkannt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein zweiter Kennwert abhängig von einem Abstandsintegral eines Zwangsanregungssignals des Lambdareglers bezogen auf einen Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt und der Gütewert wird abhängig von dem ersten und zweiten Kennwert ermittelt.
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Unter dem Begriff ”Abstandsintegral” ist insbesondere zu verstehen, dass eine absolute Fläche zwischen dem Reglerreferenzsignalverlauf und dem Reglerstellsignal des Lambdareglers ermittelt wird.
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Entsprechendes gilt auch für das Abstandsintegral des Zwangsanregungssignals des Lambdareglers bezogen auf den Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf.
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Der Reglerreferenzsignalverlauf kann beispielsweise auch korrelierend zu einem Sauerstoffbeladungs-Sollwert verlaufen. Das Abstandsintegral kann grundsätzlich auch bezogen sein auf ein Referenz-Abstandsintegral, das ermittelt ist für einen Referenz-Abgassensor.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gütewert abhängig von einem gemittelten ersten und/oder gemittelten zweiten Kennwert ermittelt. Auf diese Weise können Streuungen sehr einfach herausgefiltert werden und somit ein besonders zuverlässiges Erkennen auf das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Fehlers des Abgassensors durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Reglerreferenzsignalverlauf durch Filtern des Reglerstellsignals ermittelt. Auf diese Weise kann besonders einfach ein geeigneter Reglerreferenzsignalverlauf ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Reglerreferenzsignalverlauf abhängig von einer gleitenden Mittelwertbildung des Reglerstellsignals ermittelt. Auch auf diese Weise ist ein besonders einfaches geeignetes Ermitteln des Reglerreferenzsignalverlaufs möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf durch Filtern des Zwangsanregungssignals ermittelt. Auch auf diese Weise ist besonders einfach ein geeignetes Ermitteln des Zwangsanregungsverlaufs möglich.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf abhängig von einer gleitenden Mittelwertbildung des Zwangsanregungssignals ermittelt wird. Dies ist insbesondere rechentechnisch besonders einfach implementierbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von einem Vergleich des Gütewerts mit einem vorgegebenen Fehlerschwellenwert auf entweder das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Fehlers des Abgassensors erkannt. Auf diese Weise ist rechentechnisch das Erkennen auf das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Fehlers des Abgassensors besonders einfach und zuverlässig möglich.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Fehlerschwellenwert abhängig von zumindest einer die Last an der Brennkraftmaschine repräsentierenden Größe ermittelt wird. Auf diese Weise ist ein besonders präzises Erkennen auf das Vorhandensein oder das Nicht-Vorhandensein des Fehlers des Abgassensors möglich.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Fehlerschwellenwert abhängig von einem vorgegebenen Alterungskennwert des Abgaskatalysators ermittelt wird. Auf diese Weise kann eine Relevanz des Zustands des Abgassensors im Hinblick auf Schadstoffemissionen stromabwärts des Abgaskatalysators besonders einfach und präzise berücksichtigt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gütewert abhängig von einer Bewertung einer Amplitude und/oder einer Periodendauer des zumindest einen Anteils des Reglerstellsignals über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt. Auch auf diese Weise ist eine zuverlässige Diagnose möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird, sobald das Vorhandensein eines Fehlers des Abgassensors erkannt wurde, wieder auf den Normaldatensatz umgeschaltet. So lassen sich Schadstoffemissionen sehr gering halten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
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2 ein Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung,
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3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms,
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4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms,
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5 ein Ablaufdiagramm eines dritten Programms,
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6 Signalverläufe aufgetragen über die Zeit,
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7 Verläufe des Gütewertes bezogen auf verschiedene Totzeiten,
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8 ein Bodediagramm.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
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Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
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Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18, das auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein kann. Er umfasst ferner eine Zündkerze 19.
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In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgebildet sein kann. Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesem abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
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Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, einen Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird.
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Ferner ist ein erster Abgassensor 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 oder in dem Abgaskatalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts des ersten Abgassensors 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1 bis Z4. Der erste Abgassensor 42 kann auch so in dem Abgaskatalysator 21 angeordnet sein, dass sich ein Teil des Katalysatorvolumens stromaufwärts des ersten Abgassensors 42 befindet.
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Der erste Abgassensor 42 kann beispielsweise eine lineare Lambdasonde oder auch eine binäre Lambdasonde sein.
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Ferner ist bevorzugt ein zweiter Abgassensor 44 stromabwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet, die insbesondere im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt ist und die bevorzugt als eine einfache binäre Lambdasonde ausgebildet ist.
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Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
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Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
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Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechend der Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. Grundsätzlich kann somit die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern aufweisen.
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Ein Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung 25 ist in der 2 dargestellt. Ein vorgegebener Sollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben sein. Er wird jedoch bevorzugt beispielsweise abhängig von dem aktuellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, wie einem Homogen- oder einem Schichtbetrieb und/oder abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt. Insbesondere kann der Sollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als in etwa das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorgegeben sein.
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In einem Block B1 wird ein Zwangsanregungsrohsignal ZWA ermittelt und in der ersten Summierstelle SUM1 wird der Sollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit dem Zwangsanregungsrohsignal ZWA moduliert. Das Zwangsanregungsrohsignal ZWA ist bevorzugt ein rechteckförmiges Signal mit einer gegebenenfalls auch variierbaren Amplitude. Es kann jedoch auch andere Formen annehmen und so beispielsweise ein dreieckförmiges oder trapezförmiges Signal sein. Die Ausgangsgröße der ersten Summierstelle SUM1 ist dann das Zwangsanregungssignal LAMB_SP. Das Zwangsanregungssignal LAMB_SP ist einem Block B2 zugeführt, der eine Vorsteuerung beinhaltet und einen Lambdavorsteuerfaktor LAMB_FAC_PC abhängig von dem Zwangsanregungssignal LAMB_SP erzeugt.
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In einer zweiten Summierstelle SUM2 wird abhängig von dem Zwangsanregungssignal LAMB_SP und dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAMB_AV, das von dem Messsignal MS1 des Abgassensors 42 ermittelt ist und das gegebenenfalls noch durch einen Trimmreglereingriff korrigiert ist, durch Bilden einer Differenz eine Regeldifferenz D_LAMB ermittelt, die Eingangsgröße in einen Block B4 ist.
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In dem Block B4 ist ein linearer Lambdaregler ausgebildet und zwar bevorzugt als PII2D-Regler oder als PID-Regler. Die Stellgröße des linearen Lambdareglers des Blocks B4 ist ein Stellsignal LAMB_FAC_FB und kann so beispielsweise ein prozentualer Wert sein. Insbesondere kann auch das Reglerstellsignal LAM_FAC_FB beispielsweise zu dem Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC hinzuaddiert werden. So kann beispielsweise in einer Situation der Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC_PC einen Wert von 1,02 aufweisen und das Reglerstellsignal einen Wert von 0,03, was 2% entspricht, und somit dann die Summe der beiden gebildet werden und in dem Block und dann diese zusammen als Eingangsgröße der Multiplizierstelle M1 zugeführt sein.
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Bezüglich einer möglicherweise vorhandenen Trimmregelung ist auf das Fachbuch ”Handbuch Verbrennungsmotor”, Herausgeber Richard van Basshuysen, Fred Schäfer, 2. Auflage, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Juni 2002, Seiten 559 bis 561, verwiesen, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
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Das Zwangsanregungssignal LAMB_SP kann auch einer Filterung unterzogen sein, die beispielsweise Gaslaufzeiten oder auch das Verhalten des Abgaskatalysators 21 oder auch des Abgassensors 42 in Form eines Modells berücksichtigen kann.
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Ferner ist ein Block B6 vorgesehen, in dem abhängig von einer Größe LOAD, die eine Last der Brennkraftmaschine repräsentiert, und die beispielsweise ein Luftmassenstrom sein kann, und dem Zwangsanregungssignal LAMB_SP eine zuzumessende Grund-Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. In der Multiplizierstelle M1 wird eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF durch Bilden des Produkts der zuzumessenden Grund-Kraftstoffmasse MFF und des Lambdavorsteuerfaktors LAM_FAC_PC und des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB ermittelt, wobei hierzu auch wie oben erläutert, die Summe aus dem Reglerstellsignal LAM_FAC_FB und dem Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC_PC herangezogen werden kann. Das Einspritzventil 18 wird dann entsprechend zum Zumessen der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR angesteuert.
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In einem Block B10 ist ein Filter zum Filtern des Reglerstellsignals ausgebildet und die Ausgangsgröße des Blocks B10 ist dann ein Reglerreferenzsignalverlauf. Das Filter des Blocks B10 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass eine Art der Mittelwertbildung des Eingangssignals erfolgt, wobei eine besonders einfache Implementierung durch eine gleitende Mittelwertbildung möglich ist. In einer besonders einfachen Ausführungsform kann auf das Filter in dem Block B10 auch verzichtet sein und der Reglerreferenzsignalverlauf LAM_FAC_FB_REF auch fest vorgegeben sein.
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Ein Block B12 ist dazu ausgebildet, einen ersten Kennwert KW_1 abhängig von einem Abstandsintegral zumindest eines Anteils des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB bezogen auf den Reglerreferenzsignalverlauf LAM_FAC_FB_REF über eine vorgegebene Zeitdauer T_INT zu ermitteln. Dabei ist die vorgegebene Zeitdauer beispielsweise so vorgegeben, dass sie der Periodendauer des Zwangsanregungsrohsignals ZWA entspricht. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln des ersten Kennwertes KW_1 in dem Block B12 beispielsweise zyklisch, so dass regelmäßig ein neuer aktualisierter erster Kennwert KW_1 am Ausgang des Blocks B12 ausgegeben wird. Darüber hinaus kann beim Ermitteln des ersten Kennwerts KW_1 nach dem Ermitteln des Abstandsintegrals auch ein Umrechnen und insofern Berücksichtigen eines Sauerstoffbeladungsäquivalents erfolgen, wobei dann dazu noch mindestens eine weitere Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise die die Last repräsentierende Größe LOAD berücksichtigt wird.
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Das Ermitteln des Abstandsintegrals kann somit erfolgen mittels des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB oder auch nur eines Anteils des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB, wie beispielsweise einem P- und/oder I-Anteil.
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In einem Block B14 ist ebenfalls bevorzugt ein Filter ausgebildet, mittels dessen das Zwangsanregungssignal LAMB_SP gefiltert wird und wobei die an dem Ausgang des Blocks B14 ein Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf LAM_SP_REF ausgegeben wird. Insbesondere ist das Filter ausgebildet und durch Führen einer Mittelwert orientierten Filterung und kann so beispielsweise ausgebildet sein zum Durchführen einer gleitenden Mittelwertbildung.
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In einer einfachen Ausgestaltung kann der Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf LAM_SP_REF jedoch beispielsweise auch fest vorgegeben sein.
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Ferner ist ein Block B16 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, einen zweiten Kennwert KW_2 abhängig von einem Abstandsintegral des Zwangsanregungssignal LAM_SP bezogen auf den Zwangsanregungsreferenzsignalverlauf LAM_SP_REF über die vorgegebene Zeitdauer T_INT zu ermitteln. Dabei wird auch ein Block B16 der zweite Kennwert KW_2 bevorzugt zyklisch ermittelt. Ferner kann auch grundsätzlich beim Ermitteln des zweiten Kennwertes nach dem Ermitteln des jeweiligen Abstandsintegrals ein Umrechnen und insofern berücksichtigen eines Sauerstoffbeladungsäquivalents erfolgen.
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Ein erstes Programm, das in einem Speicher der Steuervorrichtung 25 abgespeichert ist und während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet wird, ist im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert. Der Start des Programms erfolgt beispielsweise zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine. In einem Schritt S1 erfolgt der Start und es können dort gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
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In einem Schritt S2 wird geprüft, ob eine Diagnosebedingung DIAG_COND vorliegt. Diese kann beispielsweise vorliegen, nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder Fahrleistung seit des letztmaligen Durchführens einer Diagnose oder auch von geeignet vorgegebenen Betriebsgrößenkombinationen abhängig sein.
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Ist die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt, so wird die Bedingung des Schrittes S2, gegebenenfalls nach einer vorgebbaren Wartezeitdauer, erneut geprüft.
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Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S4 von einem Normaldatensatz NORM_DS auf einen zugeordneten Diagnosedatensatz DIAG_DS umgeschaltet und zwar bezüglich mindestens eines Regierparameters des Lambdareglers. Dieser Reglerparameter kann beispielsweise ein Proportionalparameter P_PARAM und/oder ein Integralparameter I_PARAM und/oder ein Differenzialparameter D_PARAM sein.
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So kann beispielsweise lediglich bezüglich des Integralparameters I_PARAM auf den Diagnosedatensatz DIAG_DS umgeschaltet werden, während die restlichen Reglerparameter weiterhin mit dem Normaldatensatz NORM_DS bedatet bleiben. Insbesondere sind die Reglerparameter vorgegeben abhängig von mindestens einer Betriebsgröße, wie beispielsweise der Drehzahl oder eine die Last repräsentierende Größe LOAD.
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Der Diagnosedatensatz DIAG_DS ist so vorgegeben, dass der Lambdaregler bei Vorhandensein zumindest eines vorgegebenen Totzeitverhaltens in Bezug auf das Messsignal MS1 des Abgassensors 42 in seinem Instabilitätsbereich betrieben wird. Dabei kann das Totzeitverhalten neben einer Gaslaufzeit des Abgaspakets von seiner Erzeugung durch die Verbrennung in dem Zylinder hin zu dem ersten Abgassensor 42 auch die Berücksichtigung des Ansprechverhaltens der Abgassonde umfassen.
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Bevorzugt ist der Diagnosedatensatz so vorgegeben, dass sich in dem Vergleich zu der Anwendung des Normaldatensatzes NORM_DS eine im Wesentlichen unveränderte Amplitudenreserve im Rahmen der Lambdaregelung ergibt. Dies ist bevorzugt vorab durch entsprechende Versuche beispielsweise an einem Motorprüfstand oder mittels Simulationen ermittelt.
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Im Anschluss an den Schritt S4 wird dann eine Diagnosefunktion DIAG_FUNC in einem Schritt S6 durchgeführt, die im Folgenden anhand der Ablaufdiagramme der 4 und 5 für mehrere Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert ist.
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Die Diagnosefunktion gemäß des Ablaufdiagramms der 4 wird in einem Schritt S8 gestartet. In einem Schritt S10 wird ein Gütewert abhängig von zumindest dem ersten Kennwert KW_1 und bevorzugt auch abhängig von dem zweiten Kennwert KW_2 ermittelt wird. Das Ermitteln des Gütewertes GW kann beispielsweise umfassen, dass ein Quotient des ersten und zweiten Kennwertes KW_1, KW_2 ermittelt wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Schritt S10 kann jedoch auch ein Schritt S11 vorgesehen sein, in dem der Gütewert abhängig von einer Bewertung einer Amplitude AMP und/oder einer Periodendauer PER des zumindest einen Anteils des Reglerstellsignals über die vorgegebene Zeitdauer ermittelt wird.
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In einem Schritt S12 wird ein Fehlerschwellenwert THD_ERR ermittelt und zwar bevorzugt abhängig von einer Größe LOAD, die eine Last der Brennkraftmaschine repräsentiert und/oder einem Alterungskennwert AGE für einen Alterungszustand des Abgaskatalysators 21, der insbesondere dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit repräsentiert. Das Ermitteln des Fehlerschwellenwertes THD_ERR kann beispielsweise abhängig von einem vorgegebenen Kennfeld erfolgen. Der Fehlerschwellenwert THD_ERR kann in einer einfachen Ausgestaltung jedoch grundsätzlich auch fest vorgegeben sein.
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In einem Schritt S14 wird anschließend geprüft, ob der Gütewert GW größer ist als der Fehlerschwellwert THD_ERR. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S16 auf das Vorhandensein ERR eines Fehlers erkannt. Ist die Bedingung des Schrittes S14 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S18 auf das Nicht-Vorhandensein N_ERR eines Fehlers des Abgassensors 42 erkannt. Im Anschluss an die Bearbeitung der Schritte S16 und S18 wird die Bearbeitung in einem Schritt S20 beendet.
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Grundsätzlich kann der erste Kennwert KW ist statt der Berücksichtigung des Reglerstellsignals (LAM_FAC_FB) auch abhängig von der Regeldifferenz (D_LAMB) ermittelt werden.
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Darüber hinaus kann der Gütewert mit einer zeitlich höheren Auflösung als der vorgegebenen Zeitdauer ermittelt werden. So können dazu beispielsweise Interimswerte des ersten Kennwerts KW herangezogen werden, mit einer geeignet höheren zeitlichen Aktualisierungsrate. Es ist vorteilhaft, wenn dann auch quasi parallel die Bedingung des Schrittes S14 geprüft wird und so der mögliche Vorhandensein ERR des Fehlers zeitnah erkannt werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, wenn nach Erkennen des Vorhandensein ERR des Fehlers umgehend wieder auf den Normaldatensatz NORM_DS umgeschaltet wird.
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Ein weiteres Programm, das ebenfalls in dem Speicher der Steuervorrichtung 25 gespeichert ist und während ihres Betriebs entsprechend des Programms gemäß der 4 abgearbeitet wird, wird in einem Schritt S22 (5) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
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In einem Schritt S24 wird ein gemittelter erster Kennwert KW_1_MW durch Mitteln von bei mehreren verschiedenen Berechnungszyklen ermittelten ersten Kennwerten KW_1 ermittelt. Dabei kann beispielsweise eine Mittelung der ermittelten ersten Kennwerte KW_1 durchgeführt werden, die für eine vorgegebene Anzahl an Zeitdauern T_INT ermittelt wurden, so zum Beispiel 5 oder 10 oder auch deutlich mehr. In diesem Zusammenhang kann grundsätzlich auch eine gleitende Mittelwertbildung eingesetzt werden.
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Entsprechend wird in dem Schritt S24 auch ein gemittelter zweiter Kennwert KW_2_MW abhängig von entsprechenden zweiten Kennwerten KW_2 ermittelt.
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Ein Schritt S26 korrespondiert dann insofern zu dem Schritt S10, als das Ermitteln des Gütewertes GW statt mit dem ersten Kennwert KW_1 und/oder dem zweiten Kennwert KW_2 durch den gemittelten ersten Kennwert KW_1_MW beziehungsweise dem gemittelten zweiten Kennwert KW_2_MW erfolgt.
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Die Schritte S28 bis S36 korrespondieren dann zu den Schritten S12 bis S20.
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Durch das Ermitteln des Fehlerschwellenwertes THD_ERR abhängig von dem Alterungszustand AGE des Abgaskatalysators ist es möglich, auf das Vorhandensein ERR des Fehlers des Abgassensors 42 bei einem neuen Abgaskatalysator aufgrund des größeren Katalysatorwirkungsgrades erst bei stärker ausgeprägten dynamischen Sondendefekten erfolgen kann. Bei älterem Abgaskatalysator mit geringerem Wirkungsgrad kann dann der Fehlerschwellenwert ERR so abgesenkt sein, dass ein Vorhandensein eines Fehlers ERR bereits bei geringen Beladungsüberhöhungen erfolgt.
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Aus Werten im Rahmen der Fehlererkennung wird die Wirkung im System ausgewertet und dies ermöglicht, dass Fehler erst dann erkannt werden müssen, wenn auch überhöhte Beladungen an dem Abgassensor 42 erfasst werden. Es sind somit im Wesentlichen keine Vorhalte notwendig, die im Gegensatz dazu erforderlich sind, wenn ein direktes Diagnosekriterium eingesetzt wird, wie zum Beispiel ein Rückschluss von dem Messsignal MS1 direkt auf Emissionen. Darüber hinaus können alle Arten an Sondenalterung erkannt werden, wie Totzeit, Änderung des PT1-Verhaltens, symmetrische und asymmetrische Alterungserscheinungen und zwar insbesondere dann, wenn dies zu einem Aufschwingen des Lambdareglers und so dessen Reglerstellsignals LAM_FAC_FB führt.
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In dem Signalverlauf gemäß der 6 ist ein Verlauf des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB aufgetragen über die Zeit t dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t1 erfolgt ein Umschalten von dem Normaldatensatz NORM_DS auf den Diagnosedatensatz DIAG_DS bezüglich mindestens eines Reglerparameters, der im vorliegenden Fall der Integral-Parameter I_PARAM ist. Bevor die eigentliche Diagnosefunktion DIAG_FUNC in dem Schritt S6 gestartet wird, wird für eine Stabilisationsphase bis zu einem Zeitpunkt t2 gewartet. Zu dem Zeitpunkt t2 erfolgt dann der Start der Diagnosefunktion DIAG_FUNC, wobei in dem Diagramm der zugeordnete Verlauf des ersten Kennwertes KW_1 exemplarisch dargestellt ist. Zu einem Zeitpunkt t4 wird das Erfassen der Daten für die Diagnose dann beendet und es wird wieder auf den Normaldatensatz NORM_DS bezüglich aller Reglerparameter umgeschaltet.
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Anhand des Signalverlaufs gemäß der 6 ist deutlich ersichtlich, dass während der Diagnose das Schwingungsverhalten des zumindest einen Reglerstellsignalanteils deutlich ausgeprägter ist, als während bereits außerhalb des Erfassens der Diagnosedaten.
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Anhand des Diagramms gemäß der 7 ist für verschiedene Totzeiten T_T der Verlauf des Gütewertes GW aufgetragen und zwar für den Fall, dass die Programme gemäß der 4 oder 5 lediglich bezüglich aller Reglerparameter mit dem Normaldatensatz NORM_DS durchgeführt werden, was durch CV1 repräsentiert ist und demgegenüber für den Fall, dass die Programme gemäß der 4 oder 5 entsprechend des Vorgehens gemäß der 3 durchgeführt werden, was durch CV2 repräsentiert ist in 7. Dabei ist deutlich erkenntlich, dass deutlich geringere Totzeiten T_T detektierbar sind.
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In 8 ist ein Bodediagramm bezüglich Amplitude und Phase aufgetragen zum einen für den Fall des Betriebs des Reglers mit ausschließlich dem Normaldatensatz, repräsentiert durch STR und dem Betrieb des Reglers mit dem Diagnosedatensatz DIAG_DS bezüglich mindestens eines Reglerparameters repräsentiert durch STM. In diesem Zusammenhang ist darauf hingewiesen, dass die Phase in eine Totzeit umgerechnet werden kann und zwar insbesondere in eine verkraftbare Totzeit bis zur Instabilität des Reglers.
