DE102015215343A1

DE102015215343A1 - Fuzzy-Regelung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015215343A1
Application number: DE102015215343.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Fey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2017-02-16
Also published as: US20170045011A1; CN106437978A

Abstract

Um bei dem Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgaskatalysator (6) die Schadstoffemissionen nochmals zu verringern und insbesondere ein Verlassen des Katalysatorfensters frühzeitig zu erkennen und möglicherweise sogar zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von einem Signal einer Lambdasonde (5) ein erster Sauerstoff-Füllstand in einem vorderen Bereich (14) und ein zweiter Sauerstoff-Füllstand in einem hinteren Bereich (15) des Abgaskatalysators (6) bestimmt werden und in Abhängigkeit von den beiden Sauerstoff-Füllständen mittels eines Fuzzy-Reglers das Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine (1) beeinflusst wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine, wobei der Brennkraftmaschine ein Abgasnachbehandlungssystem zugeordnet ist, das mindestens einen Abgaskatalysator und eine vor dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogramm, das in einem Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine abgespeichert ist.
Bei einer unvollständigen Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Ottomotor, werden neben Stickstoff (N₂), Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) weitere Verbrennungsprodukte ausgestoßen, wie die in ihrem Umfang gesetzlich begrenzten Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO_x). Gemäß dem heutigen Stand der Technik können die geltenden Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge nur mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Beispielsweise können durch die Verwendung eines Dreiwegekatalysators die vorgenannten gesetzlich begrenzten Schadstoffe konvertiert werden.
Eine gleichermaßen hohe Konvertierungsrate für HC, CO sowie NO_x wird insbesondere bei Dreiwegekatalysatoren nur in einem engen Lambdabereich um den stöchiometrischen Betriebspunkt (Lambda = 1), dem sogenannten "Katalysatorfenster", erreicht. Zum Betrieb des Katalysators im Katalysatorfenster wird in heutigen Motorsteuerungssystemen bzw. Steuergeräten typischerweise eine Lambdaregelung eingesetzt, die auf den Signalen von Lambdasonden vor und hinter dem Katalysator basiert. Für die Regelung des Lambdas wird der Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Katalysator mit der dort angeordneten Lambdasonde gemessen. In Abhängigkeit von dem so erfassten Messwert wird die mittels einer Vorsteuerung bestimmte Kraftstoffmenge korrigiert. Eine präzisere Regelung der Kraftstoffmenge ist möglich, wenn zusätzlich das Abgas hinter dem Katalysator mit einer weiteren Lambdasonde analysiert wird. Das Signal der hinter dem Katalysator angeordneten Lambdasonde wird beispielsweise für eine Führungsregelung verwendet, die der Lambdaregelung vor dem Katalysator überlagert ist. Als Lambdasonde hinter dem Katalysator wird häufig eine Zweipunkt-Lambdasonde verwendet, die bei Lambda = 1 eine sehr steile Kennlinie besitzt, und deshalb Lambda = 1 sehr genau anzeigen kann.
Neben der Führungsregelung, die im Allgemeinen nur kleine Abweichungen von Lambda = 1 ausregelt und vergleichsweise langsam arbeitet, gibt es in aktuellen Motorsteuerungssystemen meistens eine Funktionalität, die nach großen Abweichungen von Lambda = 1 in Form einer Lambdavorsteuerung dafür sorgt, dass das Katalysatorfenster schnell wieder erreicht wird, z. B. nach Phasen mit Schubabschaltung (sogenanntes Katalysator-Ausräumen).
Die bekannten Regelungskonzepte haben jedoch den Nachteil, dass sie ein Verlassen des Katalysatorfensters anhand der Spannung der Zweipunkt-Lambdasonde hinter dem Katalysator erst verhältnismäßig spät erkennen.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Kraftstoffmenge bzw. des Luft-Kraftstoff-Gemischs mittels des Signals einer hinter dem Katalysator angeordneten Lambdasonde beruht auf einer Regelung des mittleren Sauerstoff-Füllstandes in dem Katalysator. Da dieser mittlere Füllstand jedoch nicht messbar ist, kann er nur modelliert werden. Diese hierfür notwendigen Modelle sind jedoch in der Regel sehr aufwändig zu erstellen. Bei einem Dreiwegekatalysator beispielsweise handelt es sich um eine komplexe, nicht lineare Strecke mit zeitvarianten Streckenparametern. Deshalb sind allgemeingültige Streckenmodelle, die das Verhalten des Katalysators hinsichtlich einer klassischen Füllstands-Regelung in unterschiedlichen Betriebszuständen, beispielsweise unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Motorbetriebspunkten und der Alterung des Katalysators, beschreiben könnten, in den Motorsteuergeräten regelmäßig nicht vorhanden. Darüber hinaus entspricht der mittlere Sauerstoff-Füllstand in dem Katalysator nur bedingt der Abgaszusammensetzung am Ausgang des Katalysators, so dass eine hierauf basierende Regelung nicht die gewünschte Genauigkeit sicherstellen kann.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber den bekannten Verfahren verbesserte Regelung der Brennkraftmaschine bezüglich der entstehenden Emissionen zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere ein Verlassen des Katalysatorfensters frühzeitig erkannt werden soll, so dass dieses Verlassen verhindert werden kann oder ein Zurückkehren in das Katalysatorfenster beschleunigt wird.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit von einem Signal der vor dem Abgaskatalysator angeordneten Lambdasonde ein erster Sauerstoff-Füllstand in einem vorderen Bereich und ein zweiter Sauerstoff-Füllstand in einem hinteren Bereich des Abgaskatalysators bestimmt werden und in Abhängigkeit der beiden Sauerstoff-Füllstände mittels eines Fuzzy-Reglers das Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine beeinflusst wird, wobei gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Sauerstoff-Füllstände mittels eines Modells des Abgaskatalysators ermittelt werden.
Erfindungsgemäß wird folglich ein Fuzzy-Regler in Verbindung mit einem vereinfachten Katalysatormodell vorgeschlagen. Der Sauerstoff-Füllstand des Katalysators wird für zwei Zonen innerhalb des Katalysators auf Basis des Signals der Lambdasonde vor dem Katalysator modelliert. Das vorgeschlagene Verfahren beruht auf der Beobachtung, dass für die momentane Abgaszusammensetzung hinter dem Katalysator der Füllstand in einem vergleichsweise kleinen Bereich am Ausgang des Katalysators entscheidend ist, während für die Entwicklung des Sauerstoff-Füllstandes in diesem kleinen Bereich am Ausgang des Katalysators der Sauerstoff-Füllstand in dem davor liegenden Volumen und dessen Entwicklung entscheidend ist. Ferner wurde beobachtet, dass das Katalysatorfenster zwar einem verhältnismäßig engen und scharfen Lambdabereich entspricht, jedoch wegen der speichernden Eigenschaft des Katalysators auch einem vergleichsweise breiten und unscharfen Sauerstoff-Füllstandsbereich entspricht.
Das vorgeschlagene Regelungskonzept deckt sowohl die Aufgaben der eingangs beschriebenen Führungsregelung als auch die Aufgaben der Funktion "Katalysator-Ausräumen" sowie vergleichbare Funktionalitäten ab. Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass ein bevorstehendes Verlassen des Katalysatorfensters früher als bei bestehenden Regelungskonzepten erkannt werden kann, so dass diesem durch eine frühzeitige gezielte Korrektur des Luft-Kraftstoff-Gemischs entgegengewirkt werden kann, bevor das Katalysatorfenster tatsächlich verlassen wird. Dies bedeutet ein Reduzieren der Schadstoffemissionen, so dass auch strengere als die gegenwärtig geltenden gesetzlichen Anforderungen mit verhältnismäßig geringen Kosten mittels bereits existierender Katalysatoren erfüllt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Abweichung des ersten Sauerstoff-Füllstands von einem ersten Soll-Füllstand und ein erster Gradient der ersten Abweichung bestimmt. Außerdem wird eine zweite Abweichung des zweiten Sauerstoff-Füllstands von einem zweiten Soll-Füllstand und ein zweiter Gradient der zweiten Abweichung bestimmt. In Abhängigkeit von der ersten und der zweiten Abweichung sowie von dem ersten und dem zweiten Gradienten wird mittels des Fuzzy-Reglers das Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine beeinflusst.
Aus den ermittelten Sauerstoff-Füllständen werden folglich jeweils die Abweichung von einem Soll-Füllstand und der Gradient der Abweichung von dem Soll-Füllstand berechnet. Auf Basis dieser vier Größen lässt sich ableiten, wie das Luft-Kraftstoff-Gemisch korrigiert werden muss, damit das Katalysatorfenster nicht verlassen bzw. schnell wieder erreicht wird. Diese vier Größen dienen gemäß einer möglichen Ausführungsform als Eingangsvariablen für den Fuzzy-Regler, der mithilfe einer vergleichsweise kleinen Menge von einfach nachvollziehbaren Regeln einen entsprechenden Stelleingriff generieren kann. Beispielsweise wird in der Steuergerätesoftware ein Modell des Katalysator implementiert, das auf Basis des Signals der Lambdasonde vor dem Katalysator den Sauerstoff-Füllstand in den beiden Bereichen des Katalysators berechnet. Mithilfe des Modells werden dann ein erster Sauerstoff-Füllstand in einer vorderen, dem Eingang des Katalysators zugewandten Zone, und ein zweiter Sauerstoff-Füllstand in einer hinteren, dem Ausgang des Katalysators zugewandten Zone, berechnet. Vorzugsweise ist die vordere Zone größer als die hintere Zone.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Modell des Abgaskatalysators mittels einer hinter dem Abgaskatalysator angeordneten Sonde kalibriert. Beispielsweise kann eine Zweipunkt-Lambdasonde verwendet werden, die hinter dem Katalysator angeordnet ist und eindeutig anzeigt, wann der Katalysator komplett mit Sauerstoff gefüllt oder komplett von Sauerstoff entleert ist. Dies kann genutzt werden, um nach Mager- oder Fettphasen den modellierten Sauerstoff-Füllstand mit dem tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand in Übereinstimmung zu bringen und ggf. das Modell des Abgaskatalysators zu adaptieren bzw. zu kalibrieren. Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit des Modells des Abgaskatalysators nochmals steigern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden der erste und der zweite Sauerstoff-Füllstand bezüglich einer aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators normiert. Damit kann die Genauigkeit der Regelung nochmals verbessert werden. Der Bezug auf einen Soll-Füllstand sowie die Normierung auf die aktuelle Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators haben den Vorteil, dass die Fuzzy-Mengen unabhängig von dem Soll-Füllstand und von der aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators formuliert werden können.
Bei einer möglichen Ausführungsform, bei der die Sauerstoff-Füllstände und deren Gradienten als Eingangsgrößen verwendet werden, umfasst eine Zugehörigkeitsfunktion des Fuzzy-Reglers für den ersten und/oder den zweiten Sauerstoff-Füllstand mindestens drei Teilmengen, wobei

– eine erste Teilmenge in einem Bereich von 0% bis ungefähr 10% einen Maximalwert und im Bereich von ungefähr 10% bis ungefähr 20% eine auf den Wert 0 absinkende Rampe hat;
– eine zweite Teilmenge in einem Bereich von ungefähr 10% bis ungefähr 20% eine von 0 bis zu einem Maximalwert ansteigende Rampe hat, in einem Bereich von ungefähr 20% bis ungefähr 80% einen Maximalwert hat und im Bereich von ungefähr 80% bis ungefähr 90% eine auf den Wert 0 absinkende Rampe hat; und
– eine dritte Teilmenge in einem Bereich von ungefähr 80% bis ungefähr 90% eine von dem Wert 0 bis zu einem Maximalwert aufsteigende Rampe und im Bereich von 90% bis 100% einen Maximalwert hat.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst eine Zugehörigkeitsfunktion des Fuzzy-Reglers für den ersten und/oder den zweiten Gradienten mindestens drei Teilmengen, wobei

– eine erste Teilmenge in einem Bereich bis ungefähr –2% pro Sekunde einen Maximalwert hat und im Bereich von ungefähr –2% pro Sekunde bis ungefähr 0% pro Sekunde eine auf den Wert 0 absinkende Rampe hat;
– eine zweite Teilmenge in einem Bereich von ungefähr –2% pro Sekunde bis ungefähr 0% pro Sekunde eine von Null bis zu einem Maximalwert ansteigende Rampe und im Bereich von ungefähr 0% pro Sekunde bis ungefähr 2% pro Sekunde eine auf den Wert null absinkende Rampe hat; und
– eine dritte Teilmenge in einem Bereich von ungefähr 0% pro Sekunde bis ungefähr 2% pro Sekunde eine von dem Wert 0 bis zu einem Maximalwert aufsteigende Rampe und ab 2% pro Sekunde einen Maximalwert hat.

Diese Zugehörigkeitsfunktionen sind als mögliche Beispiele zu verstehen und geeignet, um mit einer möglichst kleinen Menge von Fuzzy-Regeln die Regelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches effektiv zu beeinflussen, um ein Verlassen des Katalysatorfensters frühzeitig zu erkennen bzw. zu verhindern.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Steuergerät zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine dadurch gelöst, dass in dem Steuergerät ein Fuzzy-Regler gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist. Die Aufgabe wird ferner durch ein Computerprogramm, das in einem Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine abgespeichert ist, dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand von Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungssystem;
2 ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein schematisiertes Blockschaltbild einer Lambdaregelungsstruktur mit einem Fuzzy-Regler; und
4 eine graphische Darstellung eines Beispiels von Zugehörigkeitsfunktionen für vier mögliche Eingangsgrößen des Fuzzy-Reglers.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt, der ein Ansaugtrakt 2, eine Kraftstoffzuleitung 3 und ein Abgastrakt 4 angeordnet sind. In dem Abgastrakt 4 sind eine Lambdasonde 5 vor einem Katalysator 6, der beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist, sowie eine Lambdasonde 7 nach dem Katalysator 6 angeordnet. Die Lambdasonden 5 und 7 sind über Signalleitungen 8 mit einem Steuergerät 9 verbunden. Das Steuergerät 9 ist über Signalleitungen und/oder ein Bussystem 10 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
In dem Steuergerät 9, das zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 hergerichtet ist, ist ein Speicherbereich 11 ausgebildet, in welchem ein Computerprogramm 12 sowie ein Modell 13 des Katalysators 6 abgespeichert sind.
In dem Katalysator sind ein vorderer Bereich 14 und ein hinterer Bereich 15 gezeigt, die die Zonen repräsentieren, in denen der erste Sauerstoff-Füllstand und der zweite Sauerstoff-Füllstand ermittelt werden.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, in dem einige Verfahrensschritte einer möglichen Ausführungsform der Erfindung gezeigt sind. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 20, beispielsweise mit dem Starten der Brennkraftmaschine 1. In einem Schritt 21 wird das Signal der Lambdasonde 5 vor dem Abgaskatalysator 6 erfasst. In einem Schritt 22 wird unter Verwendung eines Modells 13 des Katalysators 6, das vergleichsweise einfach aufgebaut sein kann, ein erster Sauerstoff-Füllstand in einer vorderen, dem Eingang des Katalysators 6 zugewandten Zone bzw. Bereich und ein zweiter Sauerstoff-Füllstand in einem hinteren, dem Ausgang des Katalysators 6 zugewandten Bereich berechnet. Vorzugsweise ist der vordere Bereich größer als der hintere Bereich.
In einem Schritt 23 werden die Abweichungen der in dem Schritt 22 ermittelten Sauerstoff-Füllstände von vorgegebenen Soll-Füllständen bestimmt. In einem Schritt 24 werden ein erster Gradient der ersten Abweichung von dem ersten Soll-Füllstand und ein zweiter Gradient der zweiten Abweichung von dem zweiten Soll-Füllstand berechnet, wobei selbstverständlich der erste und der zweite Soll-Füllstand unterschiedlich sein können.
In einem Schritt 25 werden die in den Schritten 23 und 24 ermittelten Größen als Eingangsgrößen dem Fuzzy-Regler 13 übergeben. In dem Fuzzy-Regler 13 werden die Eingangsgrößen in Beziehung zu den darin definierten Zugehörigkeitsfunktionen gesetzt und anhand von vorher definierten Fuzzy-Regeln wird dann in einem Schritt 26 entschieden, ob und ggf. wie das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Erzeugen eines entsprechenden Stelleingriffs beeinflusst wird, um ein Verlassen des Katalysatorfensters frühzeitig zu erkennen und zu verhindern oder möglichst rasch wieder in das Katalysatorfenster zurückzukehren.
In 3 ist eine Lambdaregelungsstruktur 30 gezeigt, die für eine Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine 1 geeignet ist und in der ein Fuzzy-Regler 31 eingebettet ist. In dem Blockschaltbild 3 ist gezeigt, dass anhand des Signals der Lambdasonde 5, die vor dem Katalysator 6 angeordnet ist, in einem Modell 13 des Abgaskatalysators 6 die Eingangsgrößen für den Fuzzy-Regler 31 gebildet werden. Darüber hinaus wird das Signal der Lambdasonde 5 auch für die "normale" Lambdaregelung herangezogen, die in einem Block 32 dargestellt ist.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Fuzzy-Regelung wird von dem Fuzzy-Regler 31 ein Signal erzeugt, das eine Korrektur des Lambda-Sollwerts darstellt und die Lambdaregelung 32 beeinflusst.
In dem Diagramm in 3 ist ferner gezeigt, dass das Signal der Lambdasonde 7, die hinter dem Katalysator 6 angeordnet ist, zur Führungsregelung in einem Block 33 herangezogen wird, in welchem eine Korrektur eines Offsetwertes für die Lambdasonde 5 erzeugt wird und der Lambdaregelung in dem Block 32 zur Verfügung gestellt wird. Ferner wird das Signal der Lambdasonde 7 für eine Kalibrierung herangezogen, was durch den gestrichelten Pfeil 34 angedeutet ist. Beispielsweise zeigt die als Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildete Lambdasonde 7 hinter dem Katalysator 6 an, wann der Katalysator 6 komplett mit Sauerstoff gefüllt oder komplett von Sauerstoff entleert ist. Dies wird dann genutzt, um nach Mager- oder Fettphasen den modellierten Sauerstoff-Füllstand mit dem tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand in Übereinstimmung zu bringen und das Katalysatormodell ggf. zu adaptieren.
Die Führungsregelung auf Basis des Signals der Lambdasonde 5 hinter dem Dreiwegekatalysator 6 übernimmt in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nur noch die Erkennung und Korrektur eines Offsets der Lambdasonde 5 vor dem Katalysator. Für den Betrieb des Katalysators 6 in dem emissionsoptimalen Katalysatorfenster sorgt dann der modellbasierte Fuzzy-Regler 31.
In 4 sind vier Teildiagramme 40, 50, 60 und 70 dargestellt. Das Teildiagramm 40 ist eine graphische Darstellung einer möglichen Zugehörigkeitsfunktion für den Soll-Füllstand des vorderen Bereichs des Katalysators, die eine erste Teilmenge 41, eine zweite Teilmenge 42 und eine dritte Teilmenge 43 umfasst. Die erste Teilmenge 41 hat in einem Bereich 44 bis 45, der beispielsweise 0% bis ungefähr 10% entspricht, einen Maximalwert und in einem Bereich von 45 bis 46, der beispielsweise 10% bis ungefähr 20% entspricht, eine auf den Wert 0 absinkende Rampe. Die zweite Teilmenge 42 hat in dem Bereich 45 bis 46 (beispielsweise 10% bis 20%) eine aufsteigende Rampe, in dem Bereich 46 bis 47 (beispielsweise 20% bis 80%) einen Maximalwert und in einem Bereich 47 bis 48 (beispielsweise 80% bis 90%) eine auf den Wert 0 absteigende Rampe. Die dritte Teilmenge 43 hat in einem Bereich 47 bis 48 (beispielsweise 80% bis 90%) eine aufsteigende Rampe und ab dem Wert 48 (beispielsweise 90%) einen Maximalwert.
Das Teildiagramm 50 stellt exemplarisch eine Zugehörigkeitsfunktion für den Gradienten des ersten Sauerstoff-Füllstands des vorderen Bereichs in dem Katalysator 6 dar und umfasst drei Teilmengen 51, 52 und 53. Die erste Teilmenge 51 entspricht einem sinkenden Gradienten und hat in einem Bereich von 54 bis 55 (beispielsweise –2% pro Sekunde) einen Maximalwert und in einem Bereich 55 bis 56 (beispielsweise 0% pro Sekunde) eine auf den Wert Null absteigende Rampe. Die zweite Teilmenge 52 besteht aus einer ansteigenden und einer absteigenden Rampe und hat an der Stelle 56, die beispielsweise 0% pro Sekunde entspricht, ihren Maximalwert. Die dritte Teilmenge 53 entspricht einem steigenden Gradienten und hat eine ansteigende Rampe in dem Bereich 56 bis 57 (beispielsweise 0% bis +2% pro Sekunde) und ab dem Wert 57 (beispielsweise +2% pro Sekunde) einen Maximalwert.
Das Teildiagramm 60 entspricht in dem in 4 gezeigten Beispiel dem Teildiagramm 40, wobei das Teildiagramm 60 die Zugehörigkeitsfunktion für den Sauerstoff-Füllstand des hinteren Bereichs des Katalysators 6 zeigt. Analog entspricht das Teildiagramm 70 dem Teildiagramm 50, wobei das Teildiagramm 70 eine mögliche Zugehörigkeitsfunktion des Gradienten des zweiten Sauerstoff-Füllstands des hinteren Bereichs des Katalysators zeigt.
Auf Basis der in 4 gezeigten Zugehörigkeitsfunktionen kann eine vorzugsweise möglichst kleine Menge von Fuzzy-Regeln definiert werden, die beispielsweise so aussehen:

– WENN vorderer Füllstand groß UND vorderer Füllstand steigend UND hinterer Füllstand groß UND hinterer Füllstand steigend, DANN Luft-Kraftstoff-Gemisch stark anfetten.
– WENN vorderer Füllstand groß UND vorderer Füllstand sinkend UND hinterer Füllstand klein UND hinterer Füllstand steigend, DANN Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht ändern.

Entsprechend können Regeln für die anderen möglichen Kombinationen definiert werden.
4 trägt insbesondere auch einem möglichen Einsatz des Fuzzy-Reglers in einem Motorsteuergerät mit begrenzten Ressourcen Rechnung, da die Zugehörigkeitsfunktionen 40, 50, 60 und 70 der vier Eingangsgrößen mit möglichst wenigen Fuzzy-Mengen definiert sind, was aber für die Qualität des vorgeschlagenen Verfahrens keine wesentlichen Einschränkungen mit sich bringt.

Claims

Verfahren zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1), wobei der Brennkraftmaschine (1) ein Abgasnachbehandlungssystem zugeordnet ist, das mindestens einen Abgaskatalysator (6) und eine vor dem Abgaskatalysator (6) angeordnete Lambdasonde (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Signal der Lambdasonde (5) ein erster Sauerstoff-Füllstand in einem vorderen Bereich (14) und ein zweiter Sauerstoff-Füllstand in einem hinteren Bereich (15) des Abgaskatalysators (6) bestimmt werden und in Abhängigkeit von den beiden Sauerstoff-Füllständen mittels eines Fuzzy-Reglers (31) das Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine (1) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff-Füllstände mittels eines Modells (13) des Abgaskatalysators (6) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abweichung des ersten Sauerstoff-Füllstands von einem ersten Soll-Füllstand und ein erster Gradient der ersten Abweichung bestimmt werden, eine zweite Abweichung des zweiten Sauerstoff-Füllstands von einem zweiten Soll-Füllstand und ein zweiter Gradient der zweiten Abweichung bestimmt werden und in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten Abweichung sowie von dem ersten und dem zweiten Gradienten mittels des Fuzzy-Reglers (31) das Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine (1) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Bereich (14) größer ist als der hintere Bereich (15).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell des Abgaskatalysators (6) mittels einer hinter dem Abgaskatalysator (6) angeordneten Sonde (7) kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Sauerstoff-Füllstand bezüglich einer aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators (6) normiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugehörigkeitsfunktion des Fuzzy-Reglers (31) für den ersten und/oder den zweiten Sauererstoff-Füllstand mindestens drei Teilmengen umfasst, wobei – eine erste Teilmenge (41; 61) in einem Bereich von 0% (44) bis ungefähr 10% (45) einen Maximalwert hat und im Bereich von ungefähr 10% bis ungefähr 20% eine auf den Wert null absinkende Rampe hat; – eine zweite Teilmenge (42; 62) in einem Bereich von ungefähr 10% (45) bis ungefähr 20% (46) eine von Null bis zu einem Maximalwert ansteigende Rampe hat, in einem Bereich von ungefähr 20% (46) bis ungefähr 80% (47) einen Maximalwert hat und im Bereich von ungefähr 80% (47) bis ungefähr 90% (48) eine auf den Wert null absinkende Rampe hat; und – eine dritte Teilmenge (43; 63) in einem Bereich von ungefähr 80% (47) bis ungefähr 90% (48) eine von dem Wert null bis zu einem Maximalwert aufsteigend Rampe und ab ungefähr 90% (48) einen Maximalwert hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugehörigkeitsfunktion des Fuzzy-Reglers (31) für den ersten und/oder den zweiten Gradienten mindestens drei Teilmengen umfasst, wobei – eine erste Teilmenge (51; 71) in einem Bereich bis ungefähr –2% pro Sekunde (55) einen Maximalwert hat und im Bereich von ungefähr –2% pro Sekunde (55) bis ungefähr 0% pro Sekunde (56) eine auf den Wert null absinkende Rampe hat; – eine zweite Teilmenge (52; 72) in einem Bereich von ungefähr –2% pro Sekunde (55) bis ungefähr 0% pro Sekunde (56) eine von Null bis zu einem Maximalwert ansteigende Rampe und im Bereich von ungefähr 0% pro Sekunde (56) bis ungefähr 2% pro Sekunde (57) eine auf den Wert null absinkende Rampe hat; und – eine dritte Teilmenge (53; 73) in einem Bereich von ungefähr 0% pro Sekunde (56) bis ungefähr 2% pro Sekunde (57) eine von dem Wert null bis zu einem Maximalwert aufsteigend Rampe und ab 2% pro Sekunde (57) einen Maximalwert hat.
Steuergerät (9) zum Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (9) ein Fuzzy-Regler (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Computerprogramm (12), das in einem Steuergerät (9) zum Steuern und/oder Regeln des Betriebs einer Brennkraftmaschine (1) abgespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm (12) auf dem Steuergerät (9) ausgeführt wird