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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Zusammensetzung eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs mit einer in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine im Abgasstrom vor einem Katalysator angeordneten ersten Lambda-Sprungsonde, wobei ein Ausgangssignal der ersten Lambda-Sprungsonde erfasst und einer Motorsteuerung mit einer Lambdaregelung zugeführt wird, wobei eine der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge erfasst und der Motorsteuerung zugeführt wird und wobei eine durch die Motorsteuerung vorgegebene Kraftstoffmenge über eine Kraftstoffdosierung der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung einer Zusammensetzung eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs, wobei zur Abfuhr und Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine ein Abgaskanal mit einem Katalysator vorgesehen ist, wobei zur Bestimmung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs eine erste Lambda-Sprungsonde im Abgaskanal vor dem Katalysator vorgesehen ist, wobei eine Einrichtung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge und zur Zufuhr von Kraftstoff eine Kraftstoffdosierung vorgesehen sind und wobei zur Auswertung von Ausgangssignalen der Einrichtung zur Bestimmung der zugeführten Luftmasse und der ersten Lambda-Sprungsonde sowie zur Ansteuerung der Kraftstoffdosierung eine Motorsteuerung vorgesehen ist.
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Im Abgassystem von Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung des Schadstoffausstoßes und der Abgasnachbehandlung Lambdasonden eingesetzt. Weiterhin werden die Lambdasonden auch zur Einstellung von Gemischwerten ungleich Lambda = 1 aus Erfordernissen des Fahrbetriebs oder zu Diagnosezwecken verwendet. Die Lambdasonde zur Lambdaregelung ist im Abgaskanal der Brennkraftmaschine vor einem Katalysator angeordnet und bestimmt den Sauerstoffgehalt des Abgases, was zur Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs verwendet wird.
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Es sind unterschiedliche Formen von Lambdasonden im Einsatz. Bei einer Zweipunkt-Lambdasonde, auch als Sprungsonde oder Nernst-Sonde bezeichnet, weist die Spannungs-Lambda-Kennlinie bei Lambda = 1 einen sprungartigen Verlauf auf. Sie erlaubt daher im Wesentlichen die Unterscheidung zwischen fettem Abgas (λ < 1) bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffüberschuss und magerem Abgas (λ > 1) bei Betrieb mit Luftüberschuss und ermöglicht eine Regelung des Abgases auf ein Lambda von 1. Eine Breitband-Lambdasonde, auch als stetige oder lineare Lambdasonde bezeichnet, ermöglicht die Messung des Lambdawertes in dem Abgas in einem weiten Bereich um Lambda = 1, ist jedoch teurer als eine Sprungsonde.
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Wird vor dem Katalysator eine Sprungsonde eingesetzt, muss auf eine Regelung auf Lambdawerte ungleich 1 verzichtet werden und eine davon abweichende Gemischzusammensetzung muss durch eine Vorsteuerung der Einspritzmenge erfolgen. In diesem Fall können allerdings bereits geringe Betriebspunktschwankungen die Gemischzusammensetzung ändern.
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In den Schriften R.343360 und R.343361 der Anmelderin werden Verfahren beschrieben, mit denen durch Bauteiletoleranzen und Alterungseffekte sowie durch temperaturbedingte Verschiebungen hervorgerufene Verfälschungen der Sondenkennlinie einer vor einem Katalysator angeordneten Zweipunkt-Lambdasonde erkannt und kompensiert werden können. Es wird auch ein Verfahren zur Bestimmung der Keramiktemperatur einer vor einem Katalysator angeordneten Lambdasonde beschrieben.
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Die Schrift
DE 19629554C2 beschreibt ein Verfahren zur Temperaturregelung einer stromaufwärts eines Katalysators in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine (BKM) angeordneten, mittels einer elektrischen Heizeinrichtung (LSH1) beheizbaren ersten Lambdasonde (LS1), wobei das Ausgangssignal einer stromabwärts des Katalysators angeordneten zweiten Lambdasonde (LS2) zur Temperaturregelung der ersten Lambdasonde (LS1) ausgewertet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. als Führungsgröße der Temperaturregelung die Amplitude des Ausgangssignals (ULS1) der ersten Lambdasonde (LS1) herangezogen wird,
- 2. das Ausgangssignal (ULS2) der zweiten Lambdasonde (LS2) gemessen und mit einem vorgegebenen Schwellenwert (ULS2SCH) verglichen wird und
- 3. bei Abweichungen des Ausgangssignales (ULS2) von diesem Schwellenwert (ULS2SCH) ein Sollwert (ULS1SOLL) für die Amplitude des Ausgangssignals (ULS1) der ersten Lambdasonde (LS1) derart verändert wird, daß das Konvertierungsoptimum des Katalysators erreicht wird.
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Die Schrift beschreibt somit ein Verfahren zur Korrektur einer Temperaturregelung einer vor einem Katalysator angeordneten ersten Lambdasonde auf Basis des Ausgangssignals einer nach dem Katalysator angeordneten zweiten Lambdasonde.
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Die Schrift
DE 10 2006 061 684 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Sauerstoff-Füllstands einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, wobei in Flussrichtung des Abgases vor der Abgasreinigungsanlage die Abgaszusammensetzungen mit einer ersten Abgas-Sonde und hinter der Abgasreinigungsanlage mit einer zweiten Abgas-Sonde gemessen werden, wobei ein Sauerstoff-Eintrag in die Abgasreinigungsanlage bestimmt wird und zu einer Sauerstoff-Menge summiert oder integriert wird und wobei die Abgaszusammensetzung vor der Abgasreinigungsanlage zwischen vorgegebenen Grenzwerten moduliert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Modulation der Abgaszusammensetzung vor der Abgasreinigungsanlage so durchgeführt wird, dass eine Magerverstellung der Abgaszusammensetzung beendet wird, wenn die Sauerstoff-Menge einen vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht und eine Fettverstellung beendet wird, wenn die Sauerstoff-Menge einen vorbestimmten unteren Grenzwert erreicht. In der zugehörigen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Abgassonde als Breitbandsonde ausgeführt ist und nur die nach dem Katalysator angeordnete Abgassonde als Sprungsonde ausgeführt ist. Die Schrift sieht vor, dass die erste Abgassonde als Breitbandsonde ausgeführt ist.
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In der Schrift
DE 10 2006 059 081 A1 ist ein Verfahren zur Katalysatordiagnose einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Abgassonde, wobei zur Bestimmung der Konvertierungseigenschaften des Katalysators gezielt mittels einer Lambda-Variation ein Lambdawert vor dem Katalysator vorgegeben und mittels der Abgassonde ein Lambdawert hinter dem Katalysator bestimmt wird, wobei nach einem Abgleich mit einem vorgegebenen Lambdawert ein fetteres Gemisch mit einem Lambdawert von lambda < 1 vorgesteuert und abhängig von den Konvertierungseigenschaften des Katalysators eine Gesamtvariation eines Sondensignals der Abgassonde hinter dem Katalysator in einer Diagnoseeinrichtung ausgewertet wird. Unter [0027] ist beschrieben, dass zur Katalysatordiagnose mit der Steuereinrichtung zur Bestimmung der Konvertierungseigenschaften des Katalysators gezielt mittels der Lambda-Variation ein Lambdawert vor dem Katalysator vorgegeben und mittels der Abgassonde ein Lambdawert hinter dem Katalysator bestimmt wird. Hierbei wird der Katalysator nach einem Abgleich mit einem vorgegebenen Lambdawert von λ = 1 ein fettes Gemisch mit einem Lambdawert von λ < 1 vorgesteuert und, abhängig von den Konvertierungseigenschaften des Katalysators, eine Gesamtvariation des Sondensignals der Abgassonde in der Diagnoseeinrichtung ausgewertet. Die konkrete Verwendung einer Sprungsonde vor dem Katalysator und deren Abgleich bei einem von Lambda = 1 abweichenden Wert wird nicht offenbart.
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Die
DE 10 2005 062 116 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Abgassonde mit Sprungcharakteristik, wobei zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gezielt mittels einer modellierten Lambda-Vorsteuerung zwischen einem fetten (λ < 1) und einem mageren (λ > 1) Kraftstoff-Luft-Gemisch gewechselt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die modellierte Lambda-Vorsteuerung derart vorgegeben wird, dass die chronologischen Schritte
- – Überprüfung der Einschaltbedingungen
- – Bestimmung des mittleren Vorsteuerfehlers
- – Gesteuerte Fettphase
- – Gesteuerte Magerphase
- – Plausibilisierung eines modellierten Sondensprungs vor dem Katalysator sowie
- – Ermittlung und Ausgabe eines Mittelwertes
durchgeführt werden. Die Schrift nennt unter [0027] eine Sprungsonde als mögliche Bauart der vor dem Katalysator angeordneten Abgassonde. Ein Abgleich der Sprungsonde bei einem von Lambda = 1 abweichenden Wert wird jedoch nicht offenbart.
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Mit den genannten Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik ist es nur mit aufwändiger Adaption möglich, eine vor einem Katalysator angeordneten Lambda-Sprungsonde zur Regelung einer von Lambda = 1 abweichenden Gemischzusammensetzung einzusetzen. Dies wird beispielhaft in den Schriften
DE 10 2007 016 276 A1 und
DE 10 2007 029 029 A1 dargestellt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren zur Regelung einer Gemischzusammensetzung mit von Lambda = 1 abweichenden Werten mit einer in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine vor einem Katalysator angeordneten Lambda-Sprungsonde zu ermöglichen.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine in einer ersten Phase durch Wahl von Luftmenge und Kraftstoffmenge in einem Betriebspunkt mit einem Lambdawert = 1 betrieben wird, wobei der Lambdawert mit einer Zweipunktregelung eingestellt wird dass in einer zweiten Phase durch Änderung von Luftmenge und/oder Kraftstoffmenge ein vorgegebener von Lambda = 1 abweichender Lambdawert vorgesteuert wird, dass das Ausgangssignal der ersten Lambda-Sprungsonde nach einer vorgegebenen Wartedauer erfasst wird und dass in einer dritten Phase in der Lambdaregelung der Motorsteuerung der erfasste Wert des Ausgangssignals als Soll-Wert zur Regelung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs verwendet wird. Zur Regelung der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs werden allgemein Breitband-Lambdasonden eingesetzt um auch von Lambda = 1 abweichende Zusammensetzungen regeln zu können und diese nicht nur durch eine Vorsteuerung einzustellen. Bei einer Vorsteuerung kann es bereits bei kleinen Schwankungen des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine zu einer Abweichung der Zusammensetzung kommen. Eine kostengünstige im Abgaskanal vor dem Katalysator angeordnete Sprungsonde kann nach dem Stand der Technik nicht eingesetzt werden, da aufgrund von Exemplarstreuungen der Sprungsonden und Abweichungen des Ausgangssignals der Sprungsonden aufgrund von Alterungseffekten oder Betriebspunktänderungen eine Regelung der Zusammensetzung zu ungenau wäre. Wird jedoch nach einer Regelphase mit Lambda = 1 ein davon abweichender Lambdawert vorgesteuert und das dann auftretende Ausgangssignal der Lambdasonde erfasst und als Soll-Wert zur weiteren Regelung verwendet, kann zumindest vorübergehend auf den so erreichten Lambdawert geregelt werden.
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Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren wenn, ausgehend von einem stabilen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bei einem Lambdawert von Lambda = 1, in der zweiten Phase durch Anpassung der Kraftstoffmenge der vorgegebene von Lambda = 1 abweichende Lambdawert vorgesteuert wird. Durch Verwendung eines stabilen Betriebspunkts als Ausgangspunkt für die nächsten Phasen ist das Ausgangssignal der Sprungsonde auch bei dem von Lambda = 1 abweichenden Lambdawert besonders verlässlich.
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Das Verfahren ist dazu geeignet, durch vorübergehende Regelung auf von Lambda = 1 abweichende Lambdawerte eine Diagnose einer Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators durchzuführen. Hierbei wird zunächst ein kraftstoffreiches Gemisch mit einem Lambdawert kleiner 1 eingeregelt, bis an einer nach dem zu prüfenden Katalysator vorgesehenen zweiten Lambda-Sprungsonde das kraftstoffreiche Gemisch auftritt. Hierdurch wird aller in dem Katalysator vorhandener Sauerstoff aufgebraucht. In einer zweiten Phase wird ein sauerstoffreiches Gemisch eingeregelt, bis an der nach dem zu prüfenden Katalysator vorgesehenen zweiten Lambda-Sprungsonde das sauerstoffreiche Gemisch auftritt. Durch Bestimmung der in dem Katalysator in der zweiten Phase eingelagerten Sauerstoffmenge wird dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit und damit dessen Konvertierungsfähigkeit bestimmt. Hierdurch kann eine Diagnose einer Alterung oder Schädigung des Katalysators durchgeführt werden.
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In einer vorteilhaften konkreten Ausgestaltung des Verfahrens zur zeitweisen Regelung der Gemischzusammensetzung auf einen von Lambda = 1 abweichenden Wert mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde ist vorgesehen, dass zur Diagnose der Sauerstoff-Speicherfähigkeit in der zweiten und dritten Phase durch Erhöhung der Kraftstoffmenge um 5% zunächst auf einen Lambdawert von Lambda = 0,95 und anschließend durch Verringerung der Kraftstoffmenge um 10% auf einen Lambdawert von Lambda = 1,05 geregelt wird. Das Verfahren mit einer Verkettung mehrerer Lambdasprünge ist sinngemäß auch mit ähnlichen Lambdawerten im Bereich um 0,95 und 1,05 durchführbar.
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Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der Motorsteuerung ein Schaltkreis oder ein Programmablauf zur Regelung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer ersten Phase auf einen Lambdawert von Lambda = 1, zur Vorsteuerung eines von Lambda = 1 abweichenden Lambdawerts und Einregelung mit einer Zweipunktlambdaregelung und zur Aufnahme des Ausgangssignals der ersten Lambda-Sprungsonde als Soll-Wert und zur Regelung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer dritten Phase auf Basis des Soll-Werts vorgesehen ist. Dadurch, dass in der zweiten Phase der aktuelle Wert der Ausgangsspannung der Lambda-Sprungsonde bei einem von Lambda = 1 abweichenden Wert bestimmt wird, kann nachfolgend auf diesen Wert geregelt werden, da hiermit individuelle Streuungen der Lambdasonde oder Alterungseffekte berücksichtigt worden sind. Mit der so erweiterten Motorsteuerung kann auch eine Diagnose der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Katalysators vorgenommen werden, da diese Diagnose nur für einen kurzen Zeitraum die von Lambda = 1 abweichenden Gemisch-Zusammensetzungen benötigt. Zur Durchführung wird in einem ersten Schritt ein fettes Gemisch vorgesteuert, indem die zudosierte Kraftstoffmenge bei gleicher Luftmenge um 5% erhöht wird. Auf die dann vorliegende Ausgangsspannung der Sprungsonde wird dann so lange geregelt, bis fettes Gemisch am Ausgang des Katalysators auftritt. Die am Ende dieser Phase zudosierte Kraftstoffmenge wird um 10% reduziert um im nächsten Schritt auf einen Lambdawert von 1,05 zu regeln und den Katalysator mit Sauerstoff zu befüllen bis mageres Gemisch am Ausgang des Katalysators austritt. In einer weiteren Anwendung wird zum Ausräumen des Katalysators nach Schubphasen für kurze Zeitdauer ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch eingesteuert. Auch ein Bauteilschutz durch vorübergehende Einsteuerung eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemischs ist so möglich.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in der das Verfahren angewendet werden kann.
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1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Eine Brennkraftmaschine 10, die als fremdgezündeter Benzinmotor ausgeführt ist, bekommt Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 11 zugeführt. Dabei kann die Luftmenge der Verbrennungsluft mittels eines Luftmassenmessers 12 in der Luftzuführung 11 bestimmt werden. Alternativ kann die Luftmenge der Verbrennungsluft auch über einen Drosselklappenwinkel erfolgen oder eine Füllungserfassung über einen Drucksensor erfolgen. Die zugeführte Luftmenge dient der Bestimmung der bei einem vorzusteuernden Lambdawert zuzudosierenden Kraftstoffmenge, von Abgasparametern wie einer Abgasmenge, eines Volumenstroms oder einer Abgas-Geschwindigkeit. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 17 abgeführt, in dem ein Katalysator 16 angeordnet ist. Weiterhin sind im Abgaskanal 17 eine erste Lambda-Sprungsonde 15 vor dem Katalysator 16 und eine zweite Lambda-Sprungsonde 18 nach dem Katalysator 16 angeordnet, deren Signale einer Motorsteuerung 14 zugeführt werden. Die Motorsteuerung 14 ist weiterhin mit dem Luftmassenmesser 12 verbunden und bestimmt auf Basis der ihr zugeführten Daten eine Kraftstoffmenge, die über eine Kraftstoff-Dosierung 13 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt werden kann.
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Mit Hilfe der Motorsteuerung 14 wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Phase mit Hilfe der Daten des Luftmassenmessers 12 über die Kraftstoff-Dosierung 13 der Brennkraftmaschine 10 eine solche Kraftstoffmenge zugeführt, dass sich an der ersten Lambda-Sprungsonde 15 ein Lambdawert von 1 ergibt. In einer zweiten Phase wird in einem stabilen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 an der Kraftstoff-Dosierung 13 eine Kraftstoff-Menge vorgesteuert, so dass sich der gewünschte von Lambda = 1 abweichende Lambda-Zielwert ergibt. Eine sich dann ergebende Ausgangsspannung der ersten Lambda-Sprungsonde 15 wird in einer dritten Phase für eine Regelung der Gemischzusammensetzung auf den Lambda-Zielwert verwendet. Beispielhaft ist es so möglich, ausgehend von einem Lambdawert von Lambda = 1 durch Erhöhung der Kraftstoffmenge um 5% auf einen Lambda-Zielwert von 0,95 zu kommen und nachfolgend auf diesen zu regeln. Es ist weiterhin möglich, mehrere Lambdasprünge nacheinander auszuführen und so anknüpfend an das obige Beispiel durch Verminderung der Kraftstoffmenge um 10% einen Lambdawert von Lambda = 1,05 zu erreichen und auf diesen für einen gewissen Zeitraum, in dem das Ausgangssignal der ersten Lambda-Sprungsonde 15 ausreichend stabil mit dem Lambdawert des Abgases zusammenhängt, zu regeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19629554 C2 [0007]
- DE 102006061684 A1 [0009]
- DE 102006059081 A1 [0010]
- DE 102005062116 A1 [0011]
- DE 102007016276 A1 [0012]
- DE 102007029029 A1 [0012]
