DE102010063215B3

DE102010063215B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010063215B3
Application number: DE102010063215A
Authority: DE
Inventors: Dr. Rodatz Paul; Thorsten Rosenkranz; Sebastian Viehöver
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN103237975B; KR20140035877A; US9086008B2; KR101808645B1; US20130269319A1; WO2012080046A1; CN103237975A

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat eine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator angeordnete Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases. Zum Betreiben wird eine Luftzahl vorgegeben, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung beaufschlagt und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt. Korrelierend zu einer steigenden Flanke der Zwangsanregung wird eine erste Messzeitdauer vorgegeben und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der ersten Messzeitdauer ermittelt und zwar als erster maximaler Wert (max_diag). Ferner wird korrelierend zu der steigenden Flanke eine zweite Messzeitdauer (T_MEAS2) nach der ersten Messzeitdauer (T_MEAS1) vorgegeben und ein maximaler Wert der Luftzahl abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der zweiten Messzeitdauer ermittelt und zwar als zweiter maximaler Wert (max_real). Abhängig von dem ersten und zweiten maximalen Wert (max_diag, max_real) wird ein erster Sondenkennwert (Lamb_dif_max) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. 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. Zu diesem Zweck werden Abgaskatalysatoren 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 den Abgaskatalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
Darüber hinaus existieren auch immer strengere Vorschriften bezüglich der Diagnose schadstoffrelevanter Komponenten. So haben dynamisch langsame Abgassonden einen negativen Einfluss auf die Schadstoffemissionen. Insofern ist eine Erkennung von dynamisch langsamen Abgassonden ein wichtiges Element zur Erfüllung gesetzlicher Vorschriften, wie der On-Board-Diagnosevorschriften (OBD). Bislang war das Augenmerk im Hinblick auf die Vorschriften zur On-Board-Diagnose auf symmetrisch gealterten Sonden, das heißt die Dynamik der fett-mager und mager-fett Richtung haben sich nicht wesentlich unterschieden. Neuere OBD-Vorschriften fordern nun auch ein Erkennen von asymmetrisch gealterten Abgassonden. Hier wird angenommen, dass die Dynamikverschlechterung nur in einer Richtung wirkt, die andere Richtung hingegen noch ein nominales Verhalten aufweist. Einhergehend mit einer asymmetrisch gealterten Abgassonde ergibt sich eine deutliche Verschlechterung der Schadstoffemissionen aufgrund einer Mittellagenverschiebung des Gemisches. Diese basiert auf Unterschieden zwischen gemessenem und erwartetem Verlauf der Luftzahl während der Zwangsanregung. Hierauf reagiert die Lambdaregelung und verschiebt die Gemischmittellage entsprechend der Asymmetrie.
In der DE 10 2006 047 188 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen einer Abgassonde, die in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, beschrieben. Bezogen auf einen Sprung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflussenden Größe von einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird nach einer vorgegebenen Mager-Fett-Verzögerungsdauer ein Messsignal der Abgassonde als Mager-Fett-Signalwert erfasst und in Bezug gesetzt zu einem Mager-Referenz-Signalwert, der erfasst wird in Korrelation zu dem Sprung, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflussenden Größe von einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bezogen auf einen Sprung der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflussenden Größe von fetterem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum magererem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird nach einer vorgegebenen Fett-Mager-Verzögerungsdauer ein Messsignal der Abgassonde als Fett-Mager-Signalwert erfasst und in Bezug gesetzt zu einem Fett-Referenz-Signalwert, der erfasst wird in Korrelation zu dem Sprung der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflussenden Größe von fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu magererem Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das beziehungsweise die einen Beitrag leistet zu einem emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Sauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases.
Eine Luftzahl wird vorgegeben, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung beaufschlagt und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt. Korrelierend zu einer steigenden Flanke der Zwangsanregung wird eine erste Messzeitdauer vorgegeben und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, wird abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der ersten Messzeitdauer ermittelt und zwar als erster maximaler Wert. Ebenfalls korrelierend zu der steigenden Flanke der Zwangsanregung wird eine zweite Messzeitdauer nach der ersten Messzeitdauer vorgegeben und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der zweiten Messzeitdauer ermittelt und zwar als zweiter maximaler Wert. Abhängig von dem ersten und zweiten maximalen Wert wird ein erster Sondenkennwert ermittelt.
Auf diese Weise kann besonders einfach eine Veränderung des Dynamikverhaltens der Abgassonde mittels des ersten Sondenkennwertes erkannt werden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die erste Messzeitdauer so vorgegeben wird, dass bei einer Referenzabgassonde, die auch als Nominalabgassonde bezeichnet werden kann, der erste und zweite maximale Wert sehr nahe beieinander liegen und somit in etwa den gleichen Wert, insbesondere den gleichen Wert aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung eine dritte Messzeitdauer vorgegeben und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der dritten Messzeitdauer ermittelt und zwar als ein erster minimaler Wert. Korrelierend zu der fallenden Flanke der Zwangsanregung wird eine vierte Messzeitdauer nach der dritten Messzeitdauer vorgegeben und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Sonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der vierten Messzeitdauer ermittelt und zwar als zweiter minimaler Wert. Von dem ersten und zweiten minimalen Wert wird ein zweiter Sondenkennwert ermittelt.
Auf diese Weise kann ebenso besonders einfach eine Veränderung des Dynamikverhaltens der Abgassonde mittels des zweiten Sondenkennwertes erkannt werden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die erste Messzeitdauer so vorgegeben wird, dass bei einer Referenzabgassonde, die auch als Nominalabgassonde bezeichnet werden kann, der erste und zweite minimale Wert sehr nahe beieinander liegen und somit in etwa den gleichen Wert, insbesondere den gleichen Wert aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von dem ersten und zweiten Sondenkennwert ein dritter Sondenkennwert ermittelt, der repräsentativ ist für eine asymmetrische Veränderung des Messsignalverhaltens der Abgassonde. Auf diese Weise kann wirkungsvoll eine asymmetrische Veränderung des Messsignalverhaltens der Abgassonde erkannt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Sondenkennwert abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten maximalen Wertes ermittelt. Dies ermöglicht ein besonders rechentechnisch einfaches Ermitteln des ersten Sondenkennwertes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweiten Sondenkennwert abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten minimalen Wertes ermittelt. Dies ermöglicht ein besonders rechentechnisch einfaches Ermitteln des ersten Sondenkennwertes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der dritte Sondenkennwert abhängig von einem Verhältnis des ersten zu dem zweiten Sondenkennwertes ermittelt. Auf diese Weise ist ein besonders zuverlässiges Erkennen einer asymmetrischen Veränderung des Messsignalverhaltens der Abgassonde möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der dritte Sondenkennwert mittels eines Kennfeldes abhängig von dem ersten und zweiten Sondenkennwert ermittelt. Dies ermöglicht eine besonders günstige rechentechnische Umsetzung des Ermittelns des dritten Sondenkennwertes insbesondere auch im Hinblick auf das Vermeiden von unerwünschten Divisionen durch null.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der dritte Sondenkennwert abhängig von einem Korrekturwert angepasst, der abhängig von einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder einem Luftmassenstrom ermittelt wird. Auf diese Weise können besonders einfach und wirkungsvoll unerwünschte Störeinflüsse korrigiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Streckenmodell eines Lambdareglers abhängig von dem dritten Sondenkennwert angepasst. Auf diese Weise kann ein Beitrag geleistet werden zu einer besonders geringen Schadstoffemission.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die vorgegebene Luftzahl abhängig von dem dritten Sondenkennwert angepasst. Auf diese Weise kann ebenfalls ein Beitrag geleistet werden für eine besonders niedrige Schadstoffemission.
Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde, deren Messsignal charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases.
Eine Luftzahl wird vorgegeben, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung beaufschlagt und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgerätes eingestellt. Korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung wird eine dritte Messzeitdauer vorgegeben und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der dritten Messzeitdauer ermittelt und zwar als erster minimaler Wert. Ferner wird korrelierend zu der fallenden Flanke der Zwangsanregung eine vierte Messzeitdauer nach der dritten Messzeitdauer vorgegeben und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal der Abgassonde, abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals der Abgassonde während der vierten Messzeitdauer ermittelt und zwar als zweiter minimaler Wert. Abhängig von dem ersten und zweiten minimalen Wert wird ein zweiter Sondenkennwert ermittelt. Vorteil und vorteilhafte Ausgestaltungen des weiteren Aspekts korrespondieren grundsätzlich zu denjenigen des ersten Aspekts.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine und eine zugeordnete Steuervorrichtung,
2 ein Blockdiagramm einer Lambdaregelung, die insbesondere in der Steuervorrichtung ausgebildet ist,
3 Signalverläufe und
4 ein Blockdiagramm von Elementen der Steuervorrichtung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt, einen Motorblock, einen Zylinderkopf und einen Abgastrakt 1 (1). Der Ansaugtrakt umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe, ferner einen Sammler und ein Saugrohr, das hin zu einem Zylinder über einen Einlasskanal in den Motorblock geführt ist. Der Motorblock umfasst ferner eine Kurbelwelle, welche über eine Pleuelstange mit dem Kolben des Zylinders gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventilantrieb mit einem Gaseinlassventil und einem Gasauslassventil. Er umfasst ferner ein Einspritzventil 2 und vorzugsweise eine Zündkerze. Alternativ kann das Einspritzventil 2 auch in einem Saugrohr angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 1 ist ein Abgaskatalysator 3 angeordnet, der bevorzugt als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist. Ferner ist optional in dem Abgastrakt 1 ein weiterer Abgaskatalysator 5 angeordnet, der als NOX-Katalysator ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 7 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedenen Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuervorrichtung 7 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellgeräte umgesetzt werden, insbesondere zum Steuern deren Stellantriebe, die auf Stellglieder der Stellgeräte einwirken.
Die Steuervorrichtung 7 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber, ein Luftmassensensor, welcher einen Luftmassenstrom MAF stromaufwärts der Drosselklappe erfasst, ein Temperatursensor, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor, ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel einer Kurbelwelle erfasst und dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird.
Ferner ist eine Abgassonde 9 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 3 oder gegebenenfalls auch in dem Abgaskatalysator 3 angeordnet ist. Das Messsignal MS1 der Abgassonde 9 ist repräsentativ für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases und ist so charakteristisch für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders und stromaufwärts der Abgassonde 9 vor der Oxidation des Kraftstoffs und somit repräsentativ für eine erfasst Luftzahl LAM_AV.
Gegebenenfalls kann stromabwärts der Abgassonde 9 eine weitere Abgassonde 11 in oder stromabwärts des Abgaskatalysators 3 angeordnet sein, die ebenfalls einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbei strömenden Abgases erfasst. Die Abgassonde 9 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde. Die weitere Abgassonde 11 ist bevorzugt eine binäre Lambdasonde, sie kann jedoch grundsätzlich auch eine lineare Lambdasonde sein. Entsprechendes gilt für die Abgassonde 9.
Je nach Ausführungsform kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe, die Gaseinlass- und Gasauslassventile, das Einspritzventil 2 oder die Zündkerze.
Die Brennkraftmaschine kann gegebenenfalls selbstverständlich mehrere Zylinder umfassen, denen dann gegebenenfalls auch entsprechende Stellantriebe und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
Ein Blockdiagramm einer Lambdaregelung, die mittels der Steuervorrichtung 7 ausgebildet ist, ist in der 2 dargestellt.
Eine vorgegebene Luftzahl LAM_SP_RAW kann in einer besonders einfachen Ausgestaltung für einen regulären Betrieb fest vorgegeben sein. Bevorzugt wird sie beispielsweise abhängig von dem aktuellen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, wie einem Homogen- oder Schichtbetrieb und/oder abhängig von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.
Ein Block B1 ist dazu ausgebildet, eine Zwangsanregung ZWA zu ermitteln, die bevorzugt in Form eines periodischen rechteckförmigen Signals ausgebildet ist, das um einen neutralen Wert oszilliert. Ausgangsseitig einer Summierstelle S1 wird eine vorgegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP zur Verfügung gestellt.
Die vorgegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP ist einem Block B2 zugeführt, der eine Vorsteuerung beinhaltet und einen Lambdavorsteuerfaktor LAM_FAC_PC abhängig von der vorgegebenen zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP erzeugt.
In einem Block B4 ist ein Filter ausgebildet und zwar insbesondere basierend auf einem Streckenmodell, mittels dessen die vorgegebene zwangsangeregte Luftzahl LAM_SP gefiltert wird und so eine vorgegebene gefilterte zwangsangeregte Luftzahl LAM_SF_FIL erzeugt wird.
Ein Block B6 ist vorgesehen, dessen Eingangsgrößen eine Drehzahl N und/oder eine Last LOAD sind. Die Last kann beispielsweise repräsentiert sein durch den Saugrohrdruck oder auch den Luftmassenstrom MAF. Der Block B6 ist dazu ausgebildet abhängig von der Drehzahl N und/oder der Last LOAD eine Totzeit T_T zu ermitteln. Dazu kann beispielsweise in dem Block B6 ein Kennfeld gespeichert sein und die Totzeit T_T mittels Kennfeldinterpolation ermittelt werden.
Ferner ist ein Block B8 vorgesehen, dessen Eingangsgrößen die Drehzahl N und/oder die Last LOAD sind. Der Block B8 ist ausgebildet zum Ermitteln einer Verzögerungszeit T_V abhängig von seinen Eingangsgrößen und zwar bevorzugt mittels Kennfeldinterpolation über ein in dem Block B8 abgelegtes Kennfeld. Die Kennfelder sind bevorzugt vorab durch Versuche oder Simulationen ermittelt.
Die Totzeit T_T und auch die Verzögerungszeit T_V sind charakteristisch für eine Gaslaufzeit, die zwischen einem für das Zumessen von Kraftstoff relevanten Zeitpunkt bis zu einem korrelierenden Verlauf des Messsignals MS1 an der Abgassonde 9 vergeht. Bevorzugt sind die Totzeit T_T und/oder die Verzögerungszeit T_V Eingangsgrößen des Blocks B4 und somit des Filters.
Das Filter umfasst bevorzugt ein Padé-Filter. Darüber hinaus umfasst der Block B4 bevorzugt auch ein Tiefpassfilter, das insbesondere das Verhalten der Abgassonde 9 approximiert abhängig von der Verzögerungszeit T_V.
Einer dritten Summierstelle S3 ist eine erfasste Luftzahl LAM_AV zugeführt, die abhängig von dem Messsignal MS1 der Abgassonde 9 ermittelt wird. Abhängig von der vorgegebenen gefilterten zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP_FIL und der erfassten Luftzahl LAM_AV wird in der dritten Summierstelle durch Bilden einer Differenz eine Regeldifferenz D_LAM ermittelt.
Die Regeldifferenz D_LAM ist Eingangsgröße eines Blocks B12, in dem ein Lambda-Regler ausgebildet ist und zwar bevorzugt als PII²D-Regler. Die Stellgröße des Lambda-Reglers des Blocks B12 ist ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC_FB.
Ferner ist ein Block B14 vorgesehen, in dem abhängig von einer Last LOAD und der vorgegebenen zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. Bevorzugt ist die Last LOAD in diesem Fall eine in den jeweiligen Brennraum des jeweiligen Zylinders einströmende Luftmasse pro Arbeitsspiel.
In einer Multiplizierstelle M1 wird eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR durch Bilden des Produkts der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF, des Lambdavorsteuerfaktors LAM_FAC_PC und des Lambdaregelfaktors LAM_FAC_FB ermittelt. Das Einspritzventil 2 wird dann entsprechend zum Zumessen der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR angesteuert.
In der 3 sind mehrere Signalverläufe dargestellt und zwar aufgetragen über die Zeit t. Durch die gestrichelte Linie ist der Verlauf der vorgegebenen gefilterten zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP_FIL dargestellt. Mit SV1 ist der Signalverlauf des Messsignals MS1 der Abgassonde 9 dargestellt für den Fall einer neuwertigen Abgassonde 9 oder auch einer Referenzabgassonde, die auch als Nominalabgassonde bezeichnet werden kann. Mit SV2 ist ein Verlauf des Messsignals MS1 der Abgassonde 9 für einen Fall einer asymmetrisch langsamen Abgassonde 9 dargestellt.
Korrelierend zu einer steigenden Flanke der Zwangsanregung, also in diesem Fall der vorgegebenen zwangsangeregten Luftzahl LAM_SP, ist eine erste Messzeitdauer T_MEAS1 vorgegeben. Ferner ist nach der ersten Messzeitdauer T_MEAS1 eine zweite Messzeitdauer T_MEAS2 vorgegeben. Darüber hinaus ist korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung eine dritte Messzeitdauer T_MEAS3 vorgegeben. Entsprechend ist auch eine vierte Messzeitdauer T_MEAS4 nach der dritten Messzeitdauer T_MEAS3 vorgegeben.
Ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal MS1 der Abgassonde 9, also der erfassten Luftzahl LAM_AV, wird abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals MS1 der Abgassonde 9, in diesem Fall repräsentiert durch den Signalverlauf SV2, während der ersten Messzeitdauer T_MEAS1 ermittelt und zwar als erster maximaler Wert max_diag.
Ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal MS1 der Abgassonde 9, wird abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals MS der Abgassonde, also in diesem Fall repräsentiert durch den Signalverlauf SV2, während der zweiten Messzeitdauer T_MEAS2 ermittelt, und zwar als zweiter maximaler Wert max_real. Abhängig von dem ersten und zweiten maximalen Wert max_diag, max_real wird ein erster Sondenkennwert Lamb_dif_max ermittelt und zwar bevorzugt durch Bilden einer Differenz.
Ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal MS1 der Abgassonde 9, wird abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals MS1 der Abgassonde 9 während der dritten Messzeitdauer T_MEAS3 ermittelt und zwar als erster minimaler Wert min_diag. Ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal MS1 der Abgassonde 9 wird abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals MS1 der Abgassonde 9 während der vierten Messzeitdauer T_MEAS4 ermittelt und zwar als zweiter minimaler Wert min_real.
Abhängig von dem ersten und zweiten minimalen Wert min_diag, min_real wird ein zweiter Sondenkennwert Lamb_dif_min ermittelt.
In 4 ist ein weiterer relevanter Teil der Steuervorrichtung 7 in Form eines Blockdiagramms dargestellt.
Einem Block B1 sind der erste und zweite minimale Wert min_diag, min_real zugeführt. Der Block B1 ist dazu ausgebildet, die Differenz zwischen dem ersten minimalen Wert min_diag und dem zweiten minimalen Wert min_real zu bilden und so den zweiten Sondenkennwert Lamb_dif_min zu ermitteln.
Einem Block B3 sind der erste und zweite maximale Wert max_diag, max_real als Eingangsgrößen zugeführt. Der Block B3 ist dazu ausgebildet, eine Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten maximalen Wert max_real, max_diag zu ermitteln und diese dem ersten Sondenkennwert Lamb_dif_max zuzuordnen.
Einem Block B5 sind eingangsseitig der erste und zweite Sondenkennwert Lamb_dif_max, Lamb_dif_min zugeführt. Der Block B5 ist dazu ausgebildet abhängig von seinen Eingangsgrößen einen dritten Sondenkennwert Fac_comp zu ermitteln, der repräsentativ ist für eine asymmetrische Veränderung des Messsignalverhaltens der Abgassonde 9. Dazu ist er insbesondere dazu ausgebildet, den dritten Sondenkennwert Fac_comp abhängig von einem Verhältnis des ersten zu dem zweiten Sondenkennwertes Lamb_dif_max, Lamb_dif_min zu ermitteln.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn dazu ein Kennfeld vorgesehen ist, dessen Eingangsgröße der erste und zweite Sondenkennwert Lamb_dif_max, Lamb_dif_min sind. Auf diese Weise kann eine geeignete Ermittlung des Verhältnisses einfach erfolgen und insbesondere eine unerwünschte Division durch null vermieden werden. Das Kennfeld ist bevorzugt vorab durch Versuche oder eine Simulation ermittelt.
Der dritte Sondenkennwert Fac_comp ist ein Maß für die Asymmetrie der Dynamik. Bevorzugt kann er noch mittels eines Korrekturwertes COR_FAC korrigiert werden, der abhängig von der Drehzahl N und einer Last LOAD, so insbesondere dem Luftmassenstrom MAF ermittelt wird. Auf diese Weise können insbesondere Störeinflüsse korrigiert werden.
Anhand des dritten Sondenkennwertes Fac_comp kann ein Diagnosewert, welcher auf der Amplitude der Signalverläufe des Messsignals MS1 der Abgassonde 9 basiert, skaliert werden. Damit kann eine frühe Fehlererkennung der Asymmetrie erreicht werden.
Optional kann der dritte Sondenkennwert Fac_comp eingesetzt werden, um das Streckenmodell für die Lambdaregelung zu beeinflussen und dadurch den Emissionseinfluss bedingt durch asymmetrisch gealterte Abgassonden 9 kompensieren. Dazu können eine oder mehrere Filterkonstanten des Filters in dem Block B4 und/oder die Totzeit T_T und/oder die Verzögerungszeit T_V angepasst werden und zwar abhängig von dem dritten Sondenkennwert Lamb_dif_min und so entsprechend der erkannten Asymmetrie in der zugehörigen Richtung korrigiert werden. Auf diese Weise kann sowohl ein Lambdareglerausschlag und deshalb ein Überschwingen des Gemisches sowie eine Gemischverschiebung durch einen vermeintlich falschen Reglereingriff während der Zwangsanregung ZWA reduziert werden. Dies trägt bei zu verringerten Schadstoffemissionen.
Darüber hinaus kann optional zusätzlich oder alternativ abhängig von dem dritten Sondenkennwert Fac_comp eine Gemischmittellage verschoben werden. Dies kann beispielsweise durch Anpassen der vorgegebenen Luftzahl LAM_SP_RAW erfolgen.
Bei asymmetrischen Fehlern kommt es zu einseitigen Überschwingern des Gemisches, wodurch die Beladung des Abgaskatalysators 3 mit Sauerstoff zu den Randbereichen verschoben wird. Bei einer Verschlechterung der Dynamik in Fett-Mager-Richtung kommt es insbesondere bei Magerstörungen zu verstärkten Magerausflügen, da der Regler noch sehr lange vermeintlich ein fettes Gemisch sieht und abmagert. Dies führt dazu, dass der Abgaskatalysator 3 letztlich starker mit Sauerstoff beladen wird und damit weitere Magerausflüge nicht mehr kompensieren kann. Eine generelle Verschiebung der Gemischmittellage – in diesem Fall in Richtung fett – abhängig von der Asymmetrie und letztlich von der dadurch zu erwarteten Verschiebung kann hier Abhilfe schaffen, in dem im Abgaskatalysator 3 ein Puffer zur Speicherung von NOX entsteht. Entsprechendes gilt für eine Sondenalterung der Abgassonde 9 in die entgegengesetzte Richtung.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt (1) der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MS1) charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, bei dem – eine Luftzahl vorgegeben wird, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung (ZWA) beaufschlagt wird und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt wird, – korrelierend zu einer steigenden Flanke der Zwangsanregung (ZWA) – eine erste Messzeitdauer (T_MEAS1) vorgegeben wird und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der ersten Messzeitdauer (T_MEAS1) ermittelt wird und zwar als erster maximaler Wert (max_diag), – eine zweite Messzeitdauer (T_MEAS2) nach der ersten Messzeitdauer (T_MEAS1) vorgegeben wird und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS) der Abgassonde (9) während der zweiten Messzeitdauer (T_MEAS2) ermittelt wird und zwar als zweiter maximaler Wert (max_real), – abhängig von dem ersten und dem zweiten maximalen Wert (max_diag, max_real) ein erster Sondenkennwert (Lamb_dif_max) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung (ZWA) – eine dritte Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert (min_diag) der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) ermittelt wird und zwar als erster minimaler Wert (min_diag), – eine vierte Messzeitdauer (T_MEAS4) nach der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der vierten Messzeitdauer (T_MEAS4) ermittelt wird und zwar als zweiter minimaler Wert (min_real), – abhängig von dem ersten und zweiten minimalen Wert (min_diag, min_real) ein zweiter Sondenkennwert (Lamb_dif_min) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem abhängig von dem ersten und zweiten Sondenkennwert (Lamb_dif_max, Lamb_dif_min) ein dritter Sondenkennwert (Fac_comp) ermittelt wird, der repräsentativ ist für eine asymmetrische Veränderung des Messsignalverhaltens der Abgassonde (9).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Sondenkennwert (Lamb_dif_max) abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten maximalen Wertes (max_diag, max_real) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, bei dem der zweite Sondenkennwert (Lamb_dif_min) abhängig von einer Differenz des ersten und zweiten minimalen Wertes (min_diag, min_real) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–5, bei dem der dritte Sondenkennwert (Fac_comp) abhängig von einem Verhältnis des ersten zu dem zweiten Sondenkennwert (Lamb_dif_max, Lamb_dif_min) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–5, bei dem der dritte Sondenkennwert (Fac_comp) mittels eines Kennfeldes abhängig von dem ersten und dem zweiten Sondenkennwert (Lamb_dif_max, Lamb_dif_min) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–7, bei dem der dritte Sondenkennwert (Fac_comp) abhängig von einem Korrekturwert (COR_FAC) angepasst wird, der abhängig von einer Drehzahl (N) einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder einer Lastgröße (LOAD) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–8, bei dem ein Streckenmodell eines Lambdareglers abhängig von dem dritten Sondenkennwert (Fac_comp) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–8, bei dem eine vorgegebene Luftzahl (LAM_SP_RAW) abhängig von dem dritten Sondenkennwert (Fac_comp) angepasst wird.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MS1) charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, bei dem – eine Luftzahl vorgegeben wird, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung (ZWA) beaufschlagt wird und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt wird, – korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung (ZWA) – eine dritte Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert (min_diag) der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) ermittelt wird und zwar als erster minimaler Wert (min_diag), – eine vierte Messzeitdauer (T_MEAS4) nach der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der vierten Messzeitdauer (T_MEAS4) ermittelt wird und zwar als zweiter minimaler Wert (min_real), – abhängig von dem ersten und zweiten minimalen Wert (min_diag, min_real) ein zweiter Sondenkennwert (Lamb_dif_min) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt (1) der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MS1) charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, die derart ausgebildet ist, dass – eine Luftzahl vorgegeben wird, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung (ZWA) beaufschlagt wird und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt wird, – korrelierend zu einer steigenden Flanke der Zwangsanregung (ZWA) – eine erste Messzeitdauer (T_MEAS1) vorgegeben wird und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der ersten Messzeitdauer (T_MEAS1) ermittelt wird und zwar als erster maximaler Wert (max_diag), – eine zweite Messzeitdauer (T_MEAS2) nach der ersten Messzeitdauer (T_MEAS1) vorgegeben wird und ein maximaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS) der Abgassonde (9) während der zweiten Messzeitdauer (T_MEAS2) ermittelt wird und zwar als zweiter maximaler Wert (max_real), – abhängig von dem ersten und dem zweiten maximalen Wert (max_diag, max_real) ein erster Sondenkennwert (Lamb_dif_max) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgastrakt (1) der Brennkraftmaschine stromaufwärts oder in einem Abgaskatalysator (3) angeordneten Abgassonde (9), deren Messsignal (MS1) charakteristisch ist für einen Restsauerstoffgehalt des an ihr vorbeiströmenden Abgases, die derart ausgebildet ist, dass – eine Luftzahl vorgegeben wird, mit einer vorgegebenen Zwangsanregung (ZWA) beaufschlagt wird und durch entsprechendes Ansteuern zumindest eines das Gemisch beeinflussenden Stellgeräts eingestellt wird, – korrelierend zu einer fallenden Flanke der Zwangsanregung (ZWA) – eine dritte Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert (min_diag) der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) ermittelt wird und zwar als erster minimaler Wert (min_diag), – eine vierte Messzeitdauer (T_MEAS4) nach der dritten Messzeitdauer (T_MEAS3) vorgegeben wird und ein minimaler Wert der Luftzahl, repräsentiert durch das Messsignal (MS1) der Abgassonde (9), abhängig von dem Signalverlauf des Messsignals (MS1) der Abgassonde (9) während der vierten Messzeitdauer (T_MEAS4) ermittelt wird und zwar als zweiter minimaler Wert (min_real), – abhängig von dem ersten und zweiten minimalen Wert (min_diag, min_real) ein zweiter Sondenkennwert (Lamb_dif_min) ermittelt wird.