DE102008058008B3

DE102008058008B3 - Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008058008B3
Application number: DE102008058008A
Authority: DE
Inventors: Reza Aliakbarzadeh
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: CN102076945A; US8347700B2; WO2010057738A1; KR101255128B1; CN102076945B; US20120006107A1; KR20110021977A

Abstract

Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1, Z2, Z3), denen jeweils ein Einspritzventil (18) zugeordnet ist, einem Abgastrakt (4), der einen Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde (42) umfasst, wobei
– eine Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist abhängig von dem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42) zylinderindividuelle Lambdasignale (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) zu ermitteln, und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) Lamdaabweichungssignale (D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3) für die jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) zu ermitteln, bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) gemitteltes Lambdasignal (LAM_ZI_MB),
– ein Beobachter vorgesehen ist, der ein Sensormodell der Lambdasonde (42) umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale (D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3) eingangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3) repräsentativ sind...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln.
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.
Aus dem Fachbuch ”Handbuch Verbrennungsmotor”, Herausgeber Richard von Basshuysen, Fred Schäfer, 2. Auflage, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Juni 2002, Seiten 559 bis 561, ist eine binäre Lambdaregelung bekannt mit einer binären Lambdasonde, die stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Die binäre Lambdaregelung umfasst einen PI-Regler, wobei die P- und I-Anteile in Kennfeldern über Motordrehzahl und Last abgelegt sind. Bei der binären Lambdaregelung ergibt sich die Anregung des Katalysators, auch als Lambda-Schwankung bezeichnet, implizit durch die Zweipunktregelung. Die Amplitude der Lambda-Schwankung wird auf in etwa 3% eingestellt.
Um insbesondere zukünftigen gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Schadstoffemissionen gerecht zu werden, werden verstärkt motornahe Katalysatoren eingesetzt. Diese erfordern aufgrund der geringen Mischstrecke von den Auslassventilen bis zu dem Katalysator in vielen Fällen eine sehr geringe Toleranz im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den einzelnen Zylindern einer Abgasbank und zwar eine deutlich geringere Toleranz als bei einer motorfernen Anordnung der Katalysatoren. In diesem Zusammenhang kann eine zylinderindividuelle Lambdaregelung eingesetzt werden.
Aus der DE 198 46 393 A1 ist eine zylinderselektive Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor bekannt mit einer als Sprungsonde ausgebildeten Lambdasonde. Im Rahmen der zylinderselektiven Regelung wird die Spannungsabweichung des Lambdasonden-Spannungssignals eines Zylinders in Relation zu den Spannungssignalen der benachbarten Zylinder gebildet. Mit dem Differenzwert wird dann eine Korrektur der Einspritzung vorgenommen. Dabei wird berücksichtigt, dass gerade die starke Änderung der Sondenspannung in dem Bereich des exakt stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses es ermöglicht, bereits geringe Abweichungen von einem optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erkennen.
Aus der EP 0 826 100 B1 ist ein Verfahren zur zylinderselektiven Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses für eine mehrere Zylinder aufweisende Brennkraftmaschine bekannt. Es ist eine Lambdaregelungseinrichtung vorgesehen, der ein Sauerstoffsensor zugeordnet ist, der einen entsprechenden Sauerstoffgehalt des aus den einzelnen Abgaspaketen der einzelnen Zylinder resultierende Summenabgases repräsentierendes Sensorsignal abgibt. Zu jedem Wert des Sensorsignals wird der zugehörige Lambdaistwert anhand einer Kennlinie ermittelt. Aus diesen Werten wird für jeden Sauerstoffsensor ein Lambdamittelwert gebildet und es wird die Differenz zwischen einem abhängig von der Last der Brennkraftmaschine vorgegebenen Lambdasollwert und dem Lambdamittelwert als Eingangsgröße eines Globalreglers herangezogen und einem Globallambdaregler der Lambdaregelungseinrichtung zur Korrektur des Grundeinspritzsignales zugeführt, so dass ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden kann. Ferner ist ein Einzelzylinder-Lambdaregler vorgesehen zur Regelung des individuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der einzelnen Zylinder. Die zylinderselektive Ausgangsgröße dieses Einzelzylinder-Lambdareglers wird der Ausgangsgröße des globalen Lambdareglers überlagert und mit dem daraus erhaltenen Wert wird ein Grundeinspritzsignal zylinderindividuell korrigiert.
Aus der DE 100 11 690 A1 ist eine zylinderselektive Lambdaregelung unter Einsatz einer breitbandigen Lambdasonde bekannt. Auch aus der DE 103 58 988 B3 ist eine zylinderindividuelle Lambdaregelung im Zusammenhang mit einer linearen Lambdasonde bekannt.
Aus der DE 103 04 245 B3 ist ein Verfahren zur Adaption einer Signalabtastung von Lambdasondensignalwerten zum Einsatz einer zylinderselektiven Lambdaregelung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, wobei Zeitpunkte zur Erfassung der Lambdawerte der einzelnen Zylinder bezogen auf eine Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine derart gesetzt werden, dass eine Kenngröße einen Extremwert annimmt, die ein Maß ist für die Abweichung der Lambdawerte der einzelnen Zylinder.
Aus der DE 10 2004 026 176 B3 ist es im Rahmen eines Erfassens eines zylinderindividuellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine bekannt, einen Abtast-Kurbelwellenwinkel bezogen auf eine Bezugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders zum Erfassen des Messsignals der Abgassonde zu ermitteln und zwar abhängig von einer das Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder charakterisierenden Größe. Zu dem Abtast-Kurbelwellenwinkel wird das Messsignal erfasst und dem jeweiligen Zylinder zugeordnet.
Aus der DE 10 2004 004 291 B3 ist es bekannt, zu einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel, bezogen auf eine Bezugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders, das Messsignal in einer Abgassonde zu erfassen und dem jeweiligen Zylinder zuzuordnen. Der vorgegebene Kurbelwellenwinkel wird abhängig von einem Instabilitätskriterium eines Reglers angepasst. Mittels des Reglers wird eine Stellgröße zum Beeinflussen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder abhängig von dem für den jeweiligen Zylinder erfassten Messsignal erzeugt.
Aus der DE 10 2005 034 690 B3 ist es bekannt, einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mittels eines Messsignals zum Zuordnen zu einem jeweiligen Zylinder, abhängig von einem Gütekriterium anzupassen, das abhängt von einer Laufunruhe und einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine.
In der US 2008/0 035 132 A1 ist eine zylinderindividuelle Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Mit dieser Regelung sollen Abweichungen der Einspritzcharakteristik der Einspritzventile der einzelnen Zylinder ausgeglichen werden. Die Brennkraftmaschine weist dabei mehrere Zylinder auf, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist und eine für alle Zylinder gemeinsame Lambda-Sonde, welche vor einem Abgaskatalysator angeordnet ist. Für die zylinderindividuelle Lambda-Regelung wird zunächst auf der Basis des Signals der Lambdasonde der Lambdawert jedes individuellen Zylinders bestimmt. Hierzu dient ein Beobachter, welcher ein Modell des Sensors beinhaltet. Die Einzelwerte werden dann gemittelt und die Abweichung jedes Einzelwertes vom Mittelwert bestimmt. Diese Abweichungen werden anschließend einem Lernblock zugeführt. Die jedem Zylinder zugeführte Kraftstoffmasse wird schließlich auf Basis der Abweichung von einer Ausgangsgröße aus dem Lernblock korrigiert.
Aus der WO 2007/066 209 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lambda-Regelung in einer Brennkraftmaschine bekannt. Hintergrund ist die Erkenntnis, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern das Luft-/Kraftstoffverhältnis in den jeweiligen Zylindern auf Grund von Abweichungen der Einspritzcharakteristik der einzelnen Einspritzventile unterschiedlich ist. Um die Unterschiede auszugleichen ist vorgesehen, das Luft-/Kraftstoffverhältnis in den jeweiligen Zylindern entsprechend einem vorgegebenen Störmuster aus zylinderindividuellen Abweichungen gezielt zu verändern. Die Auswirkungen dieses Störmusters auf das Signal eines Wasserstoffsensors werden ausgewertet und zur Korrektur der Kraftstoffzufuhr in den einzelnen Zylindern verwendet.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern zu schaffen, die auf einfache Weise einen Beitrag zu einem schadstoffarmen Betrieb leistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist, einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde umfasst. Die Lambdasonde kann beispielsweise als eine Breitbandsonde ausgebildet sein, die auch als lineare Lambdasonde bezeichnet wird, oder auch als eine Sprungsonde ausgebildet sein, die auch als binäre Lambdasonde bezeichnet wird.
Eine Zuordnungseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal der Lambdasonde zylinderindividuelle Lambdasignale zu ermitteln. Sie ist ferner dazu ausgebildet, abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen Lambdaabweichungssignale für die jeweiligen Zylinder zu ermitteln bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale gemitteltes Lambdasignal.
Ein Beobachter ist vorgesehen, der ein Sensormodell der Lambdasonde umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist. Der Beobachter ist so ausgebildet, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale eingangsseitig zugeführt werden. Die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale werden somit insbesondere zusammen mit dem Ausgangssignal des Sensormodells in einen Vorwärtszweig des Beobachters eingekoppelt, beispielsweise durch Bilden einer Differenz.
Der Beobachter ist ferner dazu ausgebildet, dass seine auf den jeweiligen Zylinder bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen repräsentativ sind für Abweichungen der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des jeweiligen Zylinders von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik.
Eine Parameterdetektionseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen. Sie ist ferner dazu ausgebildet, in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster zumindest einen Parameter des Sensormodells als Detektionsparameter so lange zu verändern, bis zumindest eine der Beobachter-Ausgangsgrößen den ihrem Zylinder zugeordneten Anteil des Störmusters auf vorgegebene Weise repräsentiert. Wenn dies der Fall ist, wird der zumindest eine Detektionsparameter ausgegeben.
Der zumindest eine Parameter des Sensormodells kann beispielsweise ein Verstärkungsfaktor oder beispielsweise eine Anstiegszeit sein. Das Sensormodell kann beispielsweise PT1-basiert sein und der zumindest eine Detektionsparameter kann so beispielsweise einer oder mehrere der Parameter eines PT1-Glieds sein.
Der Beobachter kann äußerst wirkungsvoll eingesetzt werden zum Ermitteln des tatsächlichen Wertes des oder der Detektionsparameter. So kann beispielsweise ein geändertes dynamisches Verhalten der Lambdasonde aufgrund beispielsweise von Alterungseinflüssen sicher erkannt werden.
Während des Ermittelns des zumindest einen Detektionsparameters ist bevorzugt eine gegebenenfalls vorhandene zylinderin dividuelle Lambdaregelung deaktiviert, das heißt ihr werden aktiv keine aktuellen Werte der jeweiligen Beobachter-Ausgangsgrößen zugeführt, also open loop Betrieb bezüglich der zylinderindividuellen Lambdaregelung. Auf diese Weise lässt sich ein aktuelles Dynamikverhalten der Lambdasonde besonders präzise ermitteln. Außerhalb des Ermittelns des zumindest einen Detektionsparameters ist die ggf. vorhandene zylinderindividuelle Lambdaregelung bevorzugt zumindest zeitweise aktiviert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Diagnoseeinheit, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem zumindest einen Detektionsparameter zu ermitteln, ob die Lambdasonde fehlerfrei oder fehlerhaft ist. Dies ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Diagnose der Lambdasonde ohne einen zusätzlichen Hardwareaufwand.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine eine Anpassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Parameter des Sensormodells abhängig von dem zumindest einen Detektionsparameter anzupassen für einen Betrieb mit jeweiligen zylinderindividuellen Lambdareglern, die so ausgebildet sind, dass ihnen jeweils die jeweilige Beobachter-Ausgangsgröße als Eingangsgröße zugeführt ist, die dem jeweiligen Zylinder zugeordnet ist, und das jeweilige Reglerstellsignal die in dem jeweiligen Zylinder zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst.
Auf diese Weise kann das Sensormodell besonders wirkungsvoll an die aktuellen Dynamikeigenschaften der Lambdasonde angepasst werden und somit ein Beitrag geleistet werden für eine besonders präzise zylinderindividuelle Lambdaregelung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Parameterdetektionseinheit so ausgebildet, dass das jeweils vorgegebene Störmuster emissionsneutral ist. Auf diese Weise kann das präzise Ermitteln des zumindest einen Detektionsparameters weitgehend ohne eine negative Beeinflussung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lambdasonde als binäre Lambdasonde ausgebildet. Ferner ist ein binärer Lambdaregler vorgesehen, der so ausgebildet ist, dass seine Regeleingangsgröße abhängt von einem Signal der binären Lambdasonde und dass sein Reglerstellsignal eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst. Die Zuordnungseinheit ist in diesem Fall bevorzugt so ausgebildet, dass, wenn das Messsignal der binären Lambdasonde außerhalb einer Übergangsphase zwischen einer Magerphase und einer Fettphase ist, abhängig von den Messsignalen der binären Lambdasonde die zylinderindividuellen Lambdasignale ermittelt werden.
In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass zwar in der Übergangsphase zwischen der Magerphase und der Fettphase eine relativ große Messsignalveränderung auftritt, aber die zuzuordnende Veränderung des Lambdasignals relativ gering ist. In diesem Zusammenhang ist unter dem Lambdasignal insbesondere ein im Hinblick auf die so genannte Luftzahl normiertes Signal zu verstehen, dessen Wert bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Wert 1 annimmt.
Ferner liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gerade in der Fettphase und auch in der Magerphase, und zwar aufgrund der zylinderindividuellen unterschiedlichen tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, eine auf das Messsignal der binären Lambdasonde aufmodulierte Schwingung eine geringere Amplitude aufweist, als in der Übergangsphase, jedoch die je weiligen Unterschiede in dem zugeordneten Lambdasignal charakteristischer zu Tage treten. Es hat sich so gezeigt, dass durch eine derartige Signalauswertung eine sehr präzise Ermittlung der jeweiligen zylinderindividuellen Lambdasignale auch mittels einer binären Lambdasonde möglich ist und so durch die jeweiligen zylinderindividuellen Lambdaregler eine sehr präzise Kompensation von Toleranzen oder Abweichungen der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des jeweiligen Zylinders von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik kompensiert werden können. Die vorgegebene Einspritzcharakteristik kann beispielsweise bezogen sein auf ein vorgegebenes Referenzeinspritzventil, das beispielsweise an einem Motorprüfstand exakt vermessen wurde. Darüber hinaus kann die vorgegebene Einspritzcharakteristik beispielsweise auch eine mittlere Einspritzcharakteristik aller Einspritzventile der jeweiligen Zylinder sein. Die Vorrichtung ermöglicht es auch, dass auch weitere Abweichungen von vorgegebenen Referenzcharakteristiken, die beispielsweise bezogen sind auf Komponenten des Ansaugtraktes, günstig kompensiert werden können. Darüber hinaus wird in diesem Zusammenhang auch die Erkenntnis genutzt, dass typischerweise die durch entsprechende Abweichungen, beispielsweise insbesondere der Einspritzcharakteristik des jeweiligen Einspritzventils von der vorgegebenen Einspritzcharakteristik, deutlich größer sein können, als die im Rahmen der Regelung mit dem Lambdaregler hervorgerufenen Schwankungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 ein Blockdiagramm eines Lambdareglers,
3 ein Blockdiagramm im Rahmen einer zylinderindividuellen Lambdaregelung,
4 ein erstes Ablaufdiagramm eines Programms, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
5 ein zweites Ablaufdiagramm, das in der Steuervorrichtung abgearbeitet wird,
6 Signalverläufe aufgetragen über die Zeit,
7 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln zumindest eines Detektionsparameters,
8 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Durchführen einer Diagnose und
9 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Durchführen einer Anpassung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist und der beispielsweise sehr nah zu dem Auslass, dem das Auslassventil 13 zugeordnet ist, angeordnet ist.
Ferner kann in dem Abgastrakt 4 auch ein weiterer Abgaskatalysator angeordnet sein, der beispielsweise als NOX-Katalysator 23 ausgebildet ist.
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 diesen 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 Steuern der Brennkraftmaschine oder als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
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, ein Saugrohrdrucksen sor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird.
Ferner ist eine Lambdasonde 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 der Lambdasonde 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1. Die Lambdasonde 42 kann so in dem Abgaskatalysator angeordnet sein, dass sich ein Teil des Katalysatorvolumens stromaufwärts der Lambdasonde 42 befindet. Die Lambdasonde 42 kann beispielsweise als Sprungsonde ausgebildet sein, und so auch als binäre Lambdasonde bezeichnet werden. Die Lambdasonde kann beispielsweise auch als Breitbandsonde ausgebildet sein, die auch als lineare Lambdasonde bezeichnet wird.
Im Gegensatz zu der Breitbandsonde ist das dynamische Verhalten der binären Lambdasonde insbesondere bei einer der Übergangsphase zwischen einer Magerphase und Fettphase stark nichtlinear. Die Auswertung des Messsignals in dem nichtlinearen Bereich und damit eine Auswertung der zylinderselektiven Lambdaabweichung ist eine Herausforderung, da das Abfallen beziehungsweise Steigen des Messsignals je nach Sondendynamik unter Umständen schneller als eine Zeitdauer eines Arbeitsspiels erfolgen kann. Darüber hinaus ist in der Übergangsphase eine Konvertierung des Messsignals in ein Lambdasignal deutlich unpräzise, da die Empfindlichkeit im Hinblick auf Lambda in diesem Bereich sehr gering ist.
Grundsätzlich kann auch eine Abgassonde stromabwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z3 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. So können beispielsweise die Zylinder Z1 bis Z3 beispielsweise einer Abgasbank zugeordnet sein und eine gemeinsame Lambdasonde 42 zugeordnet haben. Darüber hinaus können selbstverständlich auch weitere Zylinder vorgesehen sein, wie zum Beispiel solche, die einer zweiten Abgasbank zugeordnet sind. So kann die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern umfassen.
Die Steuervorrichtung 25 umfasst in einem Ausführungsbeispiel eine binäre Lambdaregelung, die beispielhaft anhand der 2 näher erläutert ist. Ein Block 1 umfasst einen binären Lambdaregler, der so ausgebildet ist, dass als Regelgröße, die auch als Regeleingangsgröße bezeichnet werden kann, das Messsignal MS1 der als binäre Lambdasonde ausgebildeten Lambdasonde 42 zugeführt ist. Aufgrund der binären Natur des Messsignals MS1 der binären Lambdasonde ist der binäre Lambdaregler als Zweipunktregler ausgebildet. Dabei ist der binäre Lambdaregler dazu ausgebildet, eine Magerphase LEAN daran zu erkennen, dass das Messsignal MS1 kleiner ist als ein vorgegebener Fett-Mager Schwellenwert THD_1, der beispielsweise einen Wert von in etwa 0,2 V aufweisen kann. Darüber hinaus ist der binäre Lambdaregler dazu ausgebildet, eine Fettphase RICH daran zu erkennen, dass das Messsignal MS1 der als binäre Lambdasonde ausgebildeten Lambdasonde 42 einen Wert aufweist, der größer ist als ein vorgegebener Mager-Fett Schwellenwert THD_2. Der vorgegebene Mager-Fett Schwellenwert THD_2 kann beispielsweise einen Wert von in etwa 0,6 V aufweisen. Darüber hinaus ist der binäre Lambdaregler bevorzugt dazu ausgebildet, dass eine vorgegebene Sperrzeit zu vergehen hat, bevor nach einem Erkennen einer Mager- beziehungsweise Fettphase LEAN, RICH erneut ein Übergangsbetrieb TRANS erkannt wird. Auf diese Weise kann auch bei überlagerten Schwingungen des Messsignals MS1 eine Instabilität des Lambdareglers sehr wirkungsvoll vermieden werden.
Der binäre Lambdaregler ist bevorzugt als PI-Regler ausgebildet. Ein P-Anteil wird bevorzugt als Proportionalsprung P_J dem Block B1 zugeführt. Ein Block B2 ist vorgesehen, in dem abhängig von der Drehzahl N und einer Last LOAD der Proportionalsprung P_J ermittelt wird. Dazu ist bevorzugt ein Kennfeld vorgesehen, das fest abgespeichert sein kann.
Ein I-Anteil des binären Lambdareglers wird bevorzugt abhängig von einem Integralinkrement I_INC ermittelt. Das Integralinkrement I_INC wird bevorzugt in einem Block B14 auch abhängig von der Drehzahl N und der Last LOAD ermittelt. Dazu kann ebenfalls beispielsweise ein Kennfeld vorgesehen sein. Die Last LOAD kann beispielsweise der Luftmassenstrom oder auch beispielsweise der Saugrohrdruck sein.
Darüber hinaus ist in dem Block B1 als Eingangsparameter auch eine Verzögerungszeitdauer T_D zugeführt, die in einem Block B6 ermittelt wird und zwar bevorzugt abhängig von einem Trimmreglereingriff. Wobei im Rahmen der Trimmregelung ein Messsignal der weiteren Abgassonde eingesetzt wird.
Darüber hinaus kann dem Block B1 eine Verlängerungszeitdauer T_EXT dem Block B1 geführt sein. Die Verlängerungszeitdauer T_EXT wird beispielsweise abhängig von dem jeweils aktuellen Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine in einem Block B3 ermittelt. Diesbezüglich ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Betriebszustand BZ1 der Wert der Verlängerungszeitdauer deutlich größer ist im Vergleich zu einem zweiten Betriebszustand BZ2. So ist beispielsweise in dem zweiten Betriebszustand die Verlängerungszeitdauer T_EXT gleich null, während sie in dem ersten Betriebszustand BZ1 beispielsweise in der Größenordnung von einem oder mehreren Arbeitsspielen ist. Der erste Betriebszustand BZ1 kann beispielsweise abhängig von einer Zeitbedingung eingenommen werden, das heißt beispielsweise innerhalb von vorgegebenen Zeitabständen bezogen auf einen Motorlauf oder sonstigen Bezugspunkt, oder beispielsweise auch bezogen auf eine vorgegebene Fahrleistung.
Ausgangsseitig des binären Lambdareglers wird sein Reglerstellsignal LAM_FAC_FB ausgegeben, das eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst. Das Reglerstellsignal LAM_FAC_FB des binären Lambdareglers ist einer Multiplizierstelle M1 zugeführt, in der durch Multiplikation mit einer zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR ermittelt wird.
Ein Block B10 ist vorgesehen, in dem abhängig von beispielsweise der Drehzahl N und der Last LOAD die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. Dazu können beispielsweise ein oder mehrere Kennfelder vorgesehen sein, die vorab ermittelt sind, so zum Beispiel an einem Motorprüfstand.
Ein Block B12 ist dazu ausgebildet, abhängig von der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR ein Stellsignal SG, insbesondere für das Einspritzventil 18 zu ermitteln.
Der Block B1 ist dazu ausgebildet, die Reglerstellgröße LAM_FAC_FB des binären Lambdareglers für eine Mehrzahl an Zylindern Z1 bis Z3 zu ermitteln, also insbesondere diejenigen Zylinder Z1 bis Z3, denen eine einzige binäre Lambdasonde 42 zugeordnet ist. Entsprechendes gilt insbesondere auch für den Block B10.
Anhand der 3 ist eine zylinderindividuelle Lambdaregelung näher erläutert. Anhand eines typischen Signalverlaufs des Messsignals MS1 ist erkennbar, dass der typischen rechteck- oder trapezförmigen Grundform des Messsignals überlagerte Schwingungen aufmoduliert sind, die insbesondere hervorgerufen sind durch Abweichungen der Einspritzcharakteristiken der jeweiligen Einspritzventile 18, der jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik. In einem Block B15 ist das Messsignal MS1 der beispielsweise als binäre Lambdasonde ausgebildeten Lambdasonde 42 ebenfalls aufgetragen, wobei schematisch die jeweiligen Übergangsphasen TRANS, Fettphasen RICH und Magerphasen LEAN dargestellt sind.
Ein Block B16 umfasst eine Zuordnungseinheit, die so ausgebildet ist, dass wenn das Messsignal MS1 der als binäre Lambdasonde ausgebildeten Lambdasonde 42 außerhalb einer Übergangsphase TRANS zwischen einer Magerphase LEAN und einer Fettphase RICH ist, abhängig von dem Messsignal MS1 der Lambdasonde 42 zylinderindividuelle Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 ermittelt werden und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignale D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3 für die jeweiligen Zylinder ermittelt werden bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 gemitteltes Lambdasignal LAM_ZI_MW.
Zu diesem Zweck sind bevorzugt Programme vorgesehen, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine in der Steuervorrichtung abgearbeitet werden und das im Folgenden anhand der 4 und 5 näher erläutert werden. Das Programm gemäß 4 wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.
In einem Schritt S2 wird geprüft, ob das Messsignal MS1 der binären Lambdasonde kleiner ist als der Fett-Mager Schwellenwert THD_1. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene erste Wartezeitdauer T_W1 verharrt oder auch unterbrochen wird, wobei die erste Wartezeitdauer T_W1 so geeignet kurz vorgegeben ist, dass die Bedingungen des Schrittes S2 geeignet oft geprüft werden kann. Darüber hinaus kann in dem Schritt S4 die vorgegebene Wartezeitdauer T_W1 auch abhängig sein von der jeweils aktuellen Drehzahl und somit kurbelwellenwinkelbezogen vorgegeben sein.
Bevorzugt kann, falls die Bedingung des Schrittes S2 nicht erfüllt ist, insbesondere direkt nach der erstmaligen Bearbeitung des Schrittes S2 nach dem Start des Programms im Schritt S1, die Bearbeitung auch in einem Schritt S16 fortgesetzt werden, der weiter unten näher erläutert ist, und in diesem Fall dann bei Nichterfüllung der Bedingung des Schrittes S16 die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortgesetzt werden, wobei dann dieses modifizierte Abarbeiten so lange vorgenommen wird, bis entweder die Bedingung des Schrittes S2 oder die des Schrittes S16 erstmalig erfüllt ist.
Ist die Bedingung des Schrittes S2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S6 eine aktuelle Phase ACT_PH der Magerphase LEAN zugeordnet und es wird ferner ein Zuordnungsmerker ZUORD auf einen Wahrheitswert TRUE gesetzt. Danach verharrt das Programm in einem Schritt S8 für eine vorgegebene zweite Wartezeitdauer T_W2 oder wird während dieser unterbrochen, wobei die zweite Wartezeitdauer T_W2 insbesondere korrelierend zu der Sperrzeitdauer vorgesehen ist.
Anschließend wird in einem Schritt S10 geprüft, ob das Messsignal MS1 der binären Lambdasonde kleiner ist als der Fett-Mager Schwellenwert THD1. Ist dies der Fall, so ist als aktuelle Phase ACT_PH die Magerphase LEAN weiterhin gültig und das Programm verharrt in einem Schritt S12 oder wird während diesem unterbrochen entsprechend dem Schritt S4 für die vorgegebene erste Wartezeitdauer T_W1, bevor der Schritt S10 erneut abgearbeitet wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S10 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S14 der aktuellen Phase ACT_PH die Übergangsphase TRANS zugeordnet und der Zuordnungsmerker ZUORD auf einen Falschwert FALSE gesetzt.
Anschließend wird in einem Schritt S16 geprüft, ob das Messsignal MS1 der binären Lambdasonde 42 größer ist als der Mager-Fett Schwellenwert THD_2. Ist die Bedingung des Schrittes S16 nicht erfüllt, so verharrt das Programm in einem Schritt S18 für die vorgegebene erste Wartezeitdauer T_W1 entsprechend des Vorgehens gemäß des Schrittes S4, bevor der Schritt S16 erneut abgearbeitet wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S16 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S16 der aktuellen Phase ACT_PH die Fettphase RICH zugeordnet und dem Zuordnungsmerker ZUORD der Wahrheitswert TRUE zugeordnet.
Anschließend verharrt das Programm in einem Schritt S22 und zwar für die vorgegebene zweite Wartezeitdauer T_W2 entsprechend des Schrittes S8 und es kann somit auch während des Schrittes S22 unterbrochen werden.
In einem Schritt S24 wird anschließend geprüft, ob das Messsignal MS1 der Lambdasonde 42 weiterhin größer ist als der Mager-Fett Schwellenwert THD_2. Ist dies der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S26 entsprechend dem Schritt S4 fortgesetzt. Im Anschluss an den Schritt S26 wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S24 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes S24 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S28 der aktuellen Phase ACT_PH die Übergangsphase TRANS zugeordnet und dem Zuordnungsmerker ZUORD der Falschwert FALSE zugeordnet bevor die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortgesetzt wird.
Quasi parallel zu dem Programm gemäß der 4 wird ein weiteres Programm abgearbeitet, das im Folgenden anhand der 5 noch erläutert ist. Das Programm wird in einem Schritt S30 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. In einem Schritt S32 wird geprüft, ob sich der Zuordnungsmerker ZUORD auf seinem Wahrheitswert TRUE befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S34 fortgesetzt, in dem das Programm für die vorgegebene erste Wartzeitdauer T_W1 verharrt oder auch unterbrochen wird entsprechend der Vorgehensweise gemäß des Schrittes S4, bevor die Bearbeitung erneut dem Schritt S32 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes S32 hingegen erfüllt, so werden in einem Schritt S36 abhängig von dem Messsignal MS1 der Lambdasonde 42 die zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2 und LAM_Z3 bezüglich der Zylinder Z1, Z2, Z3 ermittelt. In diesem Zusammenhang erfolgt ein entsprechend segmentsynchrones Abtasten, und zwar derart, dass die jeweiligen Abgaspakete dann jeweils repräsentativ sind für den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3. Darüber hinaus werden die zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 abhängig von dem Messsignal MS1 der binären Lambdasonde 42 bevorzugt abhängig von einer Kennlinie und weiter bevorzugt abhängig von jeweils einer separat vorgegebenen Kennlinie für die Fettphase RICH und zwar einer Lambda-Fett-Kennlinie KL_R und einer für die Magerphase LEAN vorgegebenen Lambda-Mager-Kennlinie KL_L ermittelt. Dabei sind diese Kennlinien bevorzugt im Anschluss an den Schritt S36 wird die Bearbeitung in dem Schritt S34 fortgesetzt.
Die Zuordnungseinheit in dem Block B16 (3) umfasst ferner einen Block B18, der einen Umschalter umfasst. Der Umschalter ist dazu ausgebildet ein Umschalten vorzunehmen, das jeweils korrelierend ist zu den jeweiligen Zeitpunkten an denen das jeweilige Abgaspaket repräsentativ ist für den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3. Somit erfolgt ein Umschalten dann, wenn das Messsignal MS1 der Lambdasonde wechselt im Hinblick auf seine Charakteristik für den jeweiligen Zylinder, also beispielsweise von dem Zylinder Z1 zu dem Zylinder Z2 oder Zylinder Z3.
Ein Block B20 ist dazu ausgebildet ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 gemitteltes Lambdasignal LAM_ZI_MW zu ermitteln. Darüber hinaus ist der Block B20 dazu ausgebildet, jeweils zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignale D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3 zu er mitteln und zwar abhängig von einer Differenz des jeweiligen zylinderindividuellen Lambdasignals LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 und auf der anderen Seite des gemittelten Lambdasignals LAM_ZI_MW. Je nach aktueller Stellung des Umschalters in dem Block B18 wird für den dann jeweils relevanten Zylinder Z1 bis Z3 das jeweilige zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignal D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3 ermittelt.
Alternativ kann die Zuordnungseinheit auch ausgebildet sein zum Ermitteln der zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3 abhängig von dem Messsignal einer als Breitbandsonde ausgebildeten Lambdasonde. In diesem Fall ist dann zum Ermitteln der zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 lediglich ein entsprechend synchronisiertes Abtasten des Messsignals MS1 der Lambdasonde 42 erforderlich.
Das jeweils aktuelle ermittelte zylinderindividuelle Lambdaabweichungssignal D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3 wird einem Block B22 zugeführt, der einen Beobachter umfasst, wobei das Zuführen zu einer Subtrahierstelle SUB1 erfolgt, indem die Differenz zu einem Modell-Lambdaabweichungssignal D_LAM_MOD ermittelt wird, wobei das Modell-Lambdaabweichungssignal D_LAM_MOD das Ausgangssignal eines Sensormodells ist. Diese Differenz wird dann in einem Verstärker K verstärkt und anschließend einem Block B24 zugeführt, der ebenfalls einen Umschalter umfasst, der synchron zu dem des Blocks B18 umgeschaltet wird.
Ausgangsseitig des Blocks B24 ist dieser je nach seiner Schaltstellung mit einem Block B26, einem Block B28 oder einem Block B30 gekoppelt. Die Blöcke B26, B28 und B30 umfassen jeweils ein I-Glied, das heißt ein integrierendes Glied, das die an seinem Eingang anliegenden Signale integriert. Die Ausgangsgröße des Blocks B26 ist repräsentativ für eine Abweichung der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils 18 des Zylinders Z1 von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik und stellt die Beobachterausgangsgröße OBS_Z1 dar, die repräsentativ ist für die Abweichung der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des Zylinders Z1 von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik. Beispielsweise kann die vorgegebene Einspritzcharakteristik eine mittlere Einspritzcharakteristik aller Einspritzventile 18 der jeweiligen Zylinder Z1, Z2, Z3 sein. Entsprechendes gilt für die Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z2, OBS_Z3, die die Ausgangsgrößen der Blöcke B28 beziehungsweise B30 sind bezüglich der Zylinder Z2 beziehungsweise Z3.
Darüber hinaus ist in einem Block B32 ein weiterer Umschalter vorgesehen, dem die Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z1, OBS_Z2 und OBS_Z3 eingangsseitig zugeführt sind und dessen Umschalter synchron zu demjenigen der Blöcke B18 und B24 umgeschaltet wird und dessen Ausgangssignal Einganggröße eines Blocks B34 ist.
Der Block B34 umfasst ein Sensormodell der Lambdasonde 42. Dieses Sensormodell ist beispielsweise in Form eines PT1-Gliedes realisiert kann er jedoch auch noch weitere Elemente umfassen. Es umfasst als Parameter beispielsweise einen Verstärkungsfaktor und einen Anstiegszeitparameter Ausgangsseitig des Blocks B34 wird dann als Ausgang des Sensormodells das Modell-Lambdaabweichungssignal D_LAM_MOD erzeugt.
Die jeweiligen Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z1, OBS_Z2 und OBS_Z3 sind zylinderindividuellen Lambdareglern zugeführt, die jeweils einem Block B36, B38 und B40 ausgebildet sind. Die zylinderindividuellen Lambdaregler können beispielsweise einen Integralanteil aufweisen. Das jeweilige Reglerstellsig nal LAM_FAC_ZI_Z1, LAM_FAC_ZI_Z2, LAM_FAC_ZI_Z3 beeinflusst die in dem jeweiligen Zylinder Z1, Z2, Z3 zuzumessende Kraftstoffmasse MFF, insofern kann beispielsweise in der Multiplizierstelle M1 bezogen auf den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 eine jeweils individuelle Korrektur erfolgen. Darüber hinaus können auch abhängig von den jeweiligen zylinderindividuellen Reglerstellsignalen LAM_FAC_ZI_Z1, LAM_FAC_ZI_Z2, LAM_FAC_ZI_Z3 auch entsprechende Adaptionswerte ermittelt werden, wie dies anhand der schematisch angedeuteten weiteren Blöcke im Anschluss an die Blöcke B36 bis B40 dargestellt ist.
In 6 ist noch ein beispielhafter Verlauf des Reglerstellsignals LAM_FAC_FB des Lambdareglers zum einen für den ersten Betriebszustand BZ1 und den zweiten Betriebszustand BZ2 schematisch dargestellt.
Ein Block B42 (3) ist vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, die Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, die bezogen sind auf den jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 entweder auf die Blöcke B36 bis B40 zu schalten oder auf einen Block B44 zu schalten, der eine Parameterdetektionseinheit umfasst. Die Parameterdetektionseinheit ist dazu ausgebildet, dass sie, wenn sie mit den Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 beaufschlagt wird, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufprägt und in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster zumindest einen Parameter des Sensormodells als Detektionsparameter PARAM_DET so lange verändert, bis zumindest eine der Beobachter-Ausgangsgrößen den ihrem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 zugeordneten Anteil des Störmusters PAT auf vorgegebene Weise repräsentiert und dann den zumindest einen Detektionsparameter PARAM_DET ausgibt.
Das Ausgeben kann beispielsweise an einen Block B46 erfolgen, der eine Anpassungseinheit umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgeben auch an einen Block B48 erfolgen, der eine Diagnoseeinheit umfasst.
Der oder die Detektionsparameter PARAM_DET werden zumindest dem Sensormodell des Blocks B34 aufgeprägt, wenn die Parameterdetektionseinheit aktiv ist und das vorgegebene Störmuster aufprägt. Somit wird der dem jeweiligen Detektionsparameter PARAM_DET zugeordnete Parameter PARAM in dem Sensormodell dann zumindest temporär entsprechend angepasst.
Ein Programm, das funktional in der Parameterdetektionseinheit abgearbeitet wird, wird im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 7 näher erläutert.
Das Programm wird in einem Schritt P1 gestartet, der beispielsweise zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine liegen kann.
In einem Schritt P2 wird geprüft, ob ein Zeitzähler T_CTR größer ist als ein vorgegebener Zeitschwellenwert T_THD. Der Zeitschwellenwert T_THD ist geeignet so vorgegeben, dass ein Aufprägen des Störmusters PAT geeignet beabstandet in etwa durchgeführt wird. Alternativ kann in dem Schritt P2 auch geprüft werden, ob eine vorgegebene Kilometerleistung erfolgt ist seit dem letztmaligen Erfülltsein der Bedingung des Schrittes P2.
Ist die Bedingung des Schrittes P2 nicht erfüllt, so wird die Beareitung in einem Schritt P4 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W3 verharrt, bevor das Programm erneut in dem Schritt P2 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes P2 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt P6 geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Fahrbetrieb befindet. Dies erfolgt bevorzugt mittels Auswertung der Drehzahl N und/oder der Lastgröße LOAD. Ist die Bedingung des Schrittes P6 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt P8 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W4 verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt P6 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes P6 hingegen erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt P9 fortgesetzt. In dem Schritt P9 wird ein vorgegebenes Störmuster PAT aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufgeprägt. Beispielsweise können im Falle von drei Zylindern Z1, Z2, Z3 pro Abgasbank folgende alternative Störmuster vorgegeben sein, wobei die Prozentzahlen jeweils Abweichungen von einem jeweils ohne das Störmuster vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 repräsentieren und die jeweiligen Tupel bezogen sind auf die Zylinder Z1, Z2 und Z3. Die Störmuster können beispielsweise vorgegeben sein als [+10%, 0%, 0%], [+10%, –5%, –5%], [–10%, +5%, +5%] oder auch andere Kombinationen.
Bevorzugt ist das jeweilige Störmuster PAT so vorgesehen, dass es emissionsneutral ist. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass sich die Abweichungen über die Zylinder aufsummiert auf null addieren.
Das Aufprägen des jeweiligen Störmusters PAT erfolgt bevorzugt mit derart, dass dies beim Ermitteln der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR berücksichtigt wird.
In einem Schritt P10 wird anschließend zumindest ein bezogen auf einen jeweiligen Zylinder Z1 bis Z3 bezogener ermittelter Störwert AMP_MOD_MES ermittelt und zwar durch Auswerten der jeweils zugeordneten Beobachter-Ausgangsgröße OBS_Z1 bis OBS_Z3.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass überprüft wird, wann die jeweilige Beobachter-Ausgangsgröße OBS_Z1 bis OBS_Z3 im Anschluss an das Aufprägen des Störmusters PAT in eine Plateauphase eintritt und somit wieder in einem quasi eingeschwungenen Zustand ist. Dazu kann beispielsweise auch ein Luftmassenstromintegral unterstützend gebildet werden.
Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang jeweils diejenige Beobachter-Ausgangsgröße OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 ausgewertet, bezüglich derer bei dem ihr zugeordneten Zylinder Z1–Z3 durch das Störmuster PAT ein entsprechend abweichendes Gemisch aufgeprägt wurde.
Der Störwert AMP_MOD_MES kann beispielsweise repräsentativ sein für eine Abweichung des Gemisches, hervorgerufen durch das Störmuster PAT von dem jeweils insbesondere stationären Wert der jeweiligen Beobachter-Ausgangsgröße OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 ohne das Aufprägen des Störmusters. Es kann jedoch auch beispielsweise repräsentativ sein für eine Rekonstruktionszeitdauer sein, die korreliert zu der Zeitdauer von dem Aufprägen des Störmusters, bis die Plateauphase erreicht wird.
Einem Schritt P12 wird anschließend geprüft, ob der ermittelte Störwert AMP_MOD_MES einem erwarteten Störwert AMP_MOD_NOM in etwa entspricht. Der erwartete Störwert AMP_MOD_NOM ist bevorzugt abhängig von zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine vorgegebenen und zwar insbesondere bezogen auf bestimmte Last- und Drehzahlpunkte. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass in bestimmten Betriebspunkten nicht eine 100%-ige Detektion des jeweiligen Störmusters erwartet wird insbesondere aufgrund entsprechender Parametrierung des Sensormodells.
Ist die Bedingung des Schrittes P12 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt P14 fortgesetzt. In dem Schritt P14 wird zumindest ein Detektionsparameter PARAM_DET im Sinne eines Verringerns der Abweichung zwischen dem ermittelten Störwert und dem erwarteten Störwert AMP_MOD_MES, AMP_MOD_NOM angepasst.
Der Detektionsparameter PARAM_DET ist einer oder mehrere der Parameter PARAM des Sensormodells und kann so beispielsweise ein Verstärkungsfaktor sein. Er kann jedoch beispielsweise auch ein Anstiegszeitparameter sein. In diesem Zusammenhang kann die Übertragungsfunktion des Sensormodells beispielsweise im Falle eines PT1-Gliedes KM/(1 + TA·s) betragen, wobei KM dann den Verstärkungsfaktor repräsentiert und TA den Anstiegszeitparameter repräsentiert.
Im Anschluss an die Bearbeitung des Schrittes P14 wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt P10 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schrittes P12 hingegen erfüllt, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn der ermittelte Störwert AMP_MOD_MES nur maximal zu einem vorgegebenen geringen Maß abweicht von dem erwarteten Störwert AMP_MOD_NOM, so wird in einem Schritt P16 der oder die Detektionsparameter PARAM_DET ausgegeben. Dies kann beispielsweise erfolgen an die Anpassungseinheit oder auch die Diagnoseeinheit.
Im Anschluss an die Bearbeitung des Schrittes P16 wird die Bearbeitung in dem Schritt P4 erneut fortgesetzt.
Der Zeitzähler T_CTR wird mittels eines bevorzugt vorgegebenen Zeitzählergliedes zyklisch hochgezählt und beim Erfülltsein der Bedingung des Schrittes P2 erneut zurückgesetzt.
Ein Programm, das anhand des Ablaufdiagramms der 8 dargestellt ist, wird funktional in der Diagnoseeinheit abgearbeitet. Das Programm wird in einem Schritt P18 gestartet, in dem gegebenenfalls Programmparameter initialisiert werden können.
In einem Schritt P20 wird geprüft, ob ein oder mehrere neue Detektionsparameter PARAM_DET von der Parameterdetektionseinheit ausgegeben wurden und ob diese in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegen, wobei der jeweilige Toleranzbereich TOL so vorgegeben ist, dass wenn der jeweilige Detektionsparameter PARAM_DET innerhalb des Toleranzbereichs TOL liegt, ein fehlerfreies Funktionieren der Lambdasonde 42 angenommen werden kann und andernfalls ein nicht fehlerfreies Funktionieren der Lambdasonde 42 angenommen werden muss.
Ist die Bedingung des Schrittes P20 erfüllt, so wird in einem Schritt P22 ein Fehlerfrei-Diagnosewert DIAG_G gesetzt und die Bearbeitung dann in einem Schritt P24 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer TW5 verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt P20 aufgenommen wird.
Ist die Bedingung des Schrittes P20 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt P26 ein Fehlerbehaftet-Diagnosewert DIAG_F gesetzt und eventuell abhängig von diesem eine Fehler ausgabe beispielsweise an einen Fahrer des Fahrzeugs oder in einen Federspeicher durchgeführt.
Im Anschluss an die Bearbeitung des Schrittes P26 wird die Bearbeitung ebenfalls in dem Schritt P24 fortgesetzt.
In der Anpassungseinheit wird funktional ein Programm ausgeführt, das anhand des Ablaufdiagramms der 9 näher erläutert ist.
Das Programm wird in einem Schritt P28 gestartet, in dem gegebenenfalls Programmparameter initialisiert werden können.
In einem Schritt P30 wird geprüft, ob zumindest ein Detektionsparameter PARAM_DET von der Parameterdetektionseinheit ausgegeben wurde und gegebenenfalls weitere Voraussetzungen erfüllt sind. Die weiteren Voraussetzungen können beispielsweise darin bestehen, dass vorgegebene Betriebsbedingungen vorliegen, die geeignet ein Anpassen ermöglichen von zumindest einem Parameter PARAM des Sensormodells für eine Berücksichtigung der daraus resultierenden angepassten Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Z1 bis OBS_Z3 im Rahmen der zylinderindividuellen Lambdaregelung.
Ist die Bedingung des Schrittes P30 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt P32 fortgesetzt, in dem das Programm für eine weitere Wartezeitdauer T_W6 verharrt, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt P30 fortgesetzt wird.
Ist die Bedingung des Schrittes P30 hingegen erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt P36 fortgesetzt.
In dem Schritt P36 wird zumindest ein Parameter PARAM des Sensormodells angepasst und zwar abhängig von dem oder den Detektionsparametern PARAM_DET in diesem Zusammenhang kann dem jeweiligen Parameter PARAM beispielsweise direkt der entsprechende Detektionsparameter PARAM_DET wertmäßig zugeordnet werden. Es kann jedoch auch ein abweichender Wert zugeordnet werden unter der Berücksichtigung erforderlicher Eigenschaften des Sensormodells. So ist beispielsweise bei einem Verändern des Verstärkungsfaktors im Rahmen insbesondere eines PT1-Modells zu berücksichtigen, dass sich dies auch auf die Dynamik des Sensormodells auswirkt und somit hier gewisse Grenzen gesetzt sind, in dem Sinne, dass eine erforderliche Stabilitätsreserve der zylinderindividuellen Lambdaregelung eingehalten wird.
Gegebenenfalls kann auch zum Unterstützen der Stabilität der zylinderindividuellen Lambdaregelung eine Phasenadaption also insbesondere eine Änderung des jeweiligen Abtastzeitpunktes des Messsignals MS1 zum Ermitteln der jeweiligen zylinderindividuellen Lambdasignale LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3 erfolgen.
Die Programme gemäß der Ablaufdiagramme der 7 bis 9 und auch der 5 können grundsätzlich in unterschiedlichen Recheneinheiten aber auch in einer gemeinsamen Recheneinheit abgearbeitet werden und auch in einem gemeinsamen Daten- oder Programmspeicher abgespeichert sein oder auch in separaten Speichern abgespeichert sein.
Ein Vorwärtszweig des Blocks B22 umfasst insbesondere die Subtrahierstelle SUB1 und die Blöcke B24 bis B30.
Statt des binären Lambdareglers kann selbstverständlich, insbesondere im Falle einer Ausbildung der Lambdasonde 42 als Breitband-Sonde, ein linearer Lambdaregler im Rahmen einer linearen Lambdaregelung vorhanden sein.

Claims

Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1, Z2, Z3), denen jeweils ein Einspritzventil (18) zugeordnet ist, einem Abgastrakt (4), der einen Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde (42) umfasst, wobei – eine Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist abhängig von dem Messsignal (MS1) der Lambdasonde (42) zylinderindividuelle Lambdasignale (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) zu ermitteln, und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) Lamdaabweichungssignale (D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3) für die jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) zu ermitteln, bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) gemitteltes Lambdasignal (LAM_ZI_MB), – ein Beobachter vorgesehen ist, der ein Sensormodell der Lambdasonde (42) umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale (D_LAM_Z1, D_LAM_Z2, D_LAM_Z3) eingangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3) repräsentativ sind für Abweichungen der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils (18) des jeweiligen Zylinders (Z1, Z2, Z3) von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik, – eine Parameterdetektionseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist – ein vorgegebenes Störmuster (PAT) aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen, – in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster (PAT) zumindest einen Parameter (PARAM) des Sensormodells als Detektionsparameter (PARAM_DET) solange zu verändern, bis zumindest eine der Beobachter-Ausgangsgrößen (OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3) den ihrem Zylinder (Z1, Z2, Z3) zugeordneten Anteil des Störmusters (PAT) auf vorgegebene Weise repräsentiert, und – der zumindest eine Detektionsparameter (PARAM_DET) ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Diagnoseeinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist abhängig von dem zumindest einen Detektionsparameter (PARAM_DET) zu ermitteln, ob die Lambdasonde fehlerfrei oder fehlerhaft ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Anpassungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist zumindest einen Parameter (PARAM) des Sensormodells abhängig von dem zumindest einen Detektionsparameter (PARAM_DET) anzupassen für einen Betrieb mit jeweiligen zylinderindividuellen Lambdareglern, die so ausgebildet sind, dass ihnen jeweils die jeweilige Beobachter-Ausgangsgröße (OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3) als Eingangsgröße zugeführt ist, die dem jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) zugeordnet ist, und das jeweilige Reglerstellsignal die in dem jeweiligen Zylinder (Z1, Z2, Z3) zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Parameterdetektionseinheit so ausgebildet ist, dass das jeweils vorgegebene Störmuster (PAT) emissionsneutral ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der – die Lambdasonde (42) als binäre Lambdasonde ausgebildet ist, – ein binärer Lambdaregler vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, dass eine Regeleingangsgröße abhängt von dem Signal (MS1) der binären Lambdasonde und dass sein Reglerstellsignal (LAM_FAC_FB) eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst, – die Zuordnungseinheit so ausgebildet ist, dass, wenn das Messsignal (MS1) der binären Lambdasonde außerhalb einer Übergangsphase (TRANS) zwischen einer Magerphase (LEAN) und einer Fettphase (RICH) ist, abhängig von dem Messsignal (MS1) der binären Lambdasonde die zylinderindividuellen Lambdasignale (LAM_Z1, LAM_Z2, LAM_Z3) ermittelt werden.