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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Ottomotors, insbesondere eines Kraftfahrzeuges,
wobei in Abhängigkeit
von der Abweichung eines gemessenen Lambda-Istwertes von einem vorbestimmten
Lambda-Sollwert ein Lambdaregler-Signal ermittelt wird und dieses
Lambdaregler-Signal eine vorgesteuerte Einspritzmenge einer Gemischvorsteuerung
betriebspunktabhängig
derart verändert,
daß ein
vorbestimmter Lambda-Sollwert eingehalten wird, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum
Sicherstellen von günstigen
Verbrauchswerten und einer für
die Abgasreinigung optimalen Abgaszusammensetzung ist bei Brennkraftmaschinen
für Kraftfahrzeuge
die möglichst
genaue Einhaltung eines betriebspunktabhängig vorgegebenen Soll-Lambda-Wertes
erforderlich. Herkömmlicherweise
erfolgt dazu zunächst
eine Gemischvorsteuerung, die abhängig vom gemessenen oder modellierten
angesaugten Luftmassenstrom und/oder dem Saugrohrdruck sowie ggf.
weiteren Parametern die einzuspritzende Kraftstoffmasse so bestimmt, daß der vorgegebene
Soll-Lambdawert möglichst
genau getroffen wird. Bei Ottomotoren ist es üblich, über zumindest eine dem Motor
nachgeschaltete Lambdasonde Abweichungen zwischen der Soll-Lambda-Vorgabe
und dem tatsächlich
vorliegenden Lambda-Wert zu messen und bei Erkennen von Abweichungen
eine entsprechende Korrektur durch Anpassung der Vorsteuerung der
angesaugten Luftmasse oder der eingespritzten Kraftstoffmasse vorzunehmen.
Denkbar, wenngleich nicht im Serieneinsatz, ist dieses Verfahren
auch für
Dieselmotoren. Zum Einsatz kommen Sprungantwort-Lambdasonden (zum
Messen einer stöchiometrischen
Abgaszusammensetzung) oder Breitband-Sonden, die gegenwärtig im
Lambda-Fenster von ca. 0,7 bis ca. 1,5 mit guter Genauigkeit den
tatsächlichen
Lambda-Wert des
Abgases abbilden können.
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Es
ist jedoch nachteilig, daß die
Gemischvorsteuerung in der Applikationsphase eines Motors festgelegt
wird und daß nachfolgend
alle Ungenauigkeiten in der Applikation durch die Lambdaregelung ausgeglichen
werden müssen.
Während
die stationäre Abstimmung
zumeist mit guter Genauigkeit applizierbar ist, treten im dynamischen
Betrieb größere Abweichungen
auf, die wegen der Abgaslaufzeit vom Saugrohr bzw. Brennraum bis
zur Abgaslambdasonde erst spät
erkannt und ausgeregelt werden können. Ferner
treten in der Massenfertigung von Motoren und Komponenten Exemplarstreuungen
auf, die durch eine Standardapplikation der Gemischvorsteuerung
nur unzureichend abgedeckt werden. Für einen weitgehenden Ausgleich
stationärer
Streuungen ist es bekannt, eine Gemischadaption vorzusehen, die
eine Tendenz des Eingriffs des Lambdareglers beobachtet und ggf.
die Gemischvorsteuerung pauschal, d. h. nicht betriebspunktabhängig und
nicht betriebspunktänderungsabhängig in
Richtung fett oder mager korrigiert. Mit dieser Maßnahme kann
somit die Dynamikapplikation der Gemischvorsteuerung nicht optimiert
werden.
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Aus
der
DE 33 41 015 C2 ist
eine Einrichtung für
ein Kraftstoffzumesssystem bei einer Brennkraftmaschine bekannt.
Bei dieser Einrichtung wird die Kraftstoffzufuhr zunächst in
Abhängigheit
von Betriebsparametern vorgesteuert, wobei die Einspritzmenge zusätzlich über eine
Lamdaregelung verändert
wird, bei welcher eine Abweichung zwischen einem Lamda-Istwert und einem
Lamda-Sollwert gebildet und die Einspritzmenge so verändert wird,
dass ein vorbestimmter Lamda-Sollwert eingehalten wird. Darüber hinaus
wird die Einspritzmenge noch durch einen zusätzlichen Korrekturwert verändert.
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1 und 2 veranschaulichen
graphisch einen Anfahrvorgang mit einer herkömmlichen Gemischvorsteuerung. Über eine
Zeitachse 10 sind der Lambda-Wert (Graph 12),
ein Eingriff des Lambdareglers (Graph 14) und eine vorgesteuerte Einspritzmenge
(Graph 16) aufgetragen. Bei 18 beginnt der Anfahrvorgang.
Beim Eingriff der Kupplung und resultierend schnellem Aufprägen einer
Last magert das Abgas-Lambda 12 zunächst wegen einer nicht optimalen
Gemischvorsteuerung um ca. 10% aus. Diese gemessene Abweichung zum
Soll-Lambdawert von 1,00 verursacht einen Eingriff des Lambdareglers
gemäß Graph 14.
Nach einer Zeitspanne 20 von ca. 2,5 Sekunden wird der
Soll-Lambdawert in einem Fenster von +/–1% wieder eingehalten. In
dieser Zeit kann es jedoch insbesondere bei gealterten Katalysatorsystemen
zu einem Schadstoffdurchbruch kommen. Bei einer Ausmagerung des
Gemisches bricht vorwiegend NOx durch, bei einer Anfettung bricht
vorwiegend HC und/oder CO durch. Bei Wiederholung dieses Anfahrvorganges
beispielsweise zehnmal, wie aus 2 ersichtlich,
wird bei jedem dieser Vorgänge
ein ähnlicher
Lambdaverlauf (Graph 12) mit einem entsprechend heftigen
Reglereingriff (Graph 14) auftreten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gemischvorsteuerung im
dynamischen Bereich zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dazu
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Veränderung
der Gemischvorsteuerung durch das Lambdaregler-Signal in Abhängigkeit
von einem zuvor in demselben Betriebspunkt ermittelten Lambdaregler-Signal
mit einem Korrekturwert ergänzt
wird.
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Dies
hat den Vorteil, daß die
Gemischvorsteuerung im dynamischen Betrieb durch betriebspunktabhängige und/oder
betriebspunktänderungsabhängige Berücksichtigung
des Lambdaregeleingriffs ergänzt
ist, wodurch sich geringere Schadstoffdurchbrüche ergeben und das Katalysatorsystem kleiner
und ggf. mit weniger Edelmetallgehalt ausgebildet werden kann.
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Beispielsweise
ist der Korrekturwert ein multiplikativer und/oder additiver Faktor.
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Zweckmäßigerweise
wird der Korrekturwert als ein Bruchteil eines Maximums der vorangegangenen
Abweichung des gemessenen Lambda-Signals vom Lambda-Sollwert oder
eines Verlaufs eines zuvor ermittelten Lambdaregler-Signals bestimmt
und beträgt
beispielsweise zwischen 0% und 100%, insbesondere 10% bis 70%, insbesondere
20% bis 30%, des Maximums der vorangegangen Abweichung des gemessenen
Lambda-Signals vom
Lambda-Sollwert.
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Zur
weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Gemischvorsteuerung wird
dem Korrekturwert zusätzlich
ein von der Betriebspunktänderungsgeschwindigkeit
abhängiger
erster Faktor, beispielsweise als multiplikativer und/oder additiver
Faktor, hinzugerechnet, welcher bevorzugt in Abhängigkeit von einer Drehzahländerung,
einer Einspritzmengenvorsteueränderung
und/oder einer Luftmassenstromänderung
bestimmt wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird dem Korrekturwert zusätzlich
ein von Sondervorgängen,
wie beispielsweise Gangwechsel, Schub und Wiedereinsetzen, Anfahren
und oder Eingriff von Fahrdynamikhilfen abhängiger zweiter Faktor hinzugerechnet.
Der zweite Faktor wird beispielsweise mittels eines vorbestimmten
Korrekturalgorithmus berechnet.
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Zweckmäßigerweise
wird der Korrekturwert unter Berücksichtigung
einer Abgaslaufzeit von einem Brennraum bis zu einer Lambdasonde
und/oder einer Totzeit der Lambdasonde bestimmt.
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Um
bei Streuungen des Eingriffs einen Mittelwert zu erhalten, wird
in vorteilhafter Weise der vorstehend beschriebene Korrekturwert
gefiltert an die Gemischvorsteuerung weitergeleitet.
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Einen
reduzierten Rechenaufwand in einem Motorsteuergerät erzielt
man dadurch, daß der
Korrekturwert nur dann bestimmt wird, wenn die Abweichung des gemessenen
Lambda-Signals vom Lambda-Sollwert einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
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Zweckmäßigerweise
verändert
der Korrekturwert eine vorgesteuerte Kraftstoffeinspritzmenge.
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Beispielsweise
ist die Brennkraftmaschine ein direkteinspritzender oder schichtladefähiger Ottomotor.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird der Korrekturwert nur dann bestimmt, wenn die Abgastemperatur
vor einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Katalysator für zumindest
10 Sekunden, insbesondere für
zumindest 30 Sekunden, unterhalb eines Wertes von höchstens 330°C, insbesondere
höchstens
300°C, liegt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Diese zeigen
in:
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1 eine
graphische Veranschaulichung eines Anfahrvorganges mit herkömmlicher
Gemischvorsteuerung,
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2 eine
graphische Veranschaulichung mehrerer aufeinanderfolgender Anfahrvorgänge mit herkömmlicher
Gemischvorsteuerung,
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3 eine
graphische Veranschaulichung zweier aufeinanderfolgender Anfahrvorgänge mit
einer erfindungsgemäßen Gemischvorsteuerung
und
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4.
eine graphische Veranschaulichung mehrere aufeinanderfolgender Anfahrvorgänge mit einer
erfindungsgemäßen Gemischvorsteuerung.
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In 3 sind über eine
Zeitachse 10 der Lambda-Wert (Graph 12), ein Eingriff
des Lambdareglers (Graph 14) und eine vorgesteuerte Einspritzmenge
(Graph 16) aufgetragen. Bei 18a beginnt der erste
Anfahrvorgang und bei 18b beginnt der zweite Anfahrvorgang.
Nach der Zeitspanne 20 von ca. 2,5 Sekunden hat der Lambdaregler
wieder den Lambda-Sollwert eingestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
daß aus
dem Reglereingriff des Lambdareglers (Graph 14) beim ersten
Anfahrvorgang 18a ein Korrekturwert 22 berechnet
wird. Dieser bestimmt sich zu 20% des maximalen Reglereingriffs
des Lambdareglers (Graph 14). Bei dem Reglereingriff während des
zweiten Anfahrvorgang 18b wird dieser Korrekturwert 22 der Änderung
der vorgesteuerten Kraftstoffeinspritzmenge (Graph 16)
hinzugefügt, was
mit Pfeil 24 angedeutet ist. Da sich im vorhergehenden
Anfahrvorgang 18a ein maximaler Reglereingriff (Graph 14)
von 10% ergab, wird dementsprechend die vorgesteuerte Einspritzmenge
(Graph 16) beim zweiten Anfahrvorgang 18b zusätzlich zur
Erhöhung
gemäß Reglereingriff
(Graph 14) um den Korrekturwert 22 von 2% erhöht. Im Ergebnis
zeigt sich beim Lambda-Wert (Graph 12) während des zweiten
Anfahrvorganges 18b eine um 0,02 geringere Ausmagerung,
so daß auch
ein dementsprechend geringerer Reglereingriff um 2%-Punkte des Lambdareglers
(Graph 14) ausreicht.
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Erfindungsgemäß setzt
sich diese Korrektur der vorgesteuerten Einspritzmenge bei Eingriff
des Lambdareglers in die vorgesteuerte Einspritzmenge in Abhängigkeit
jeweils des vorhergehenden Lambdaregler-Signal 14 fort,
wie aus 4 ersichtlich. Mit zunehmender
Zahl der aufeinander folgenden Anfahrvorgänge 18 verringert
sich die Ausmagerung (Graph 12) und dementsprechend das
Maximum des Lambdaregler-Signals (Graph 14). Etwa beim
zehnten Anfahrvorgang hat sich ein Beharrungszustand der Gemischvorsteuerung
(Graph 16) und des Lambdareglereingriffes (Graph 14)
eingestellt, der wesentlich geringer ist als bei herkömmlicher
Gemischvorsteuerung gemäß 2.
Mit diesem durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Lambdaverlauf (Graph 12 in 4)
werden geringere Schadstoffdurchbrüche erzielt. Zusätzlich ist
eine Verkleinerung des Katalysatorsystems beispielsweise um 20% und/oder
eine Absenkung des Edelmetallgehaltes der Katalysatoren beispielsweise
um 20% möglich, wodurch
sich dementsprechend geringere Herstellungskosten und Bauraumvorteile
ergeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird somit jeder Eingriff des Lambdareglers (Graph 14) teilweise
in der Gemischvorsteuerung bei nachfolgenden Eingriffen des Lambdareglers
berücksichtigt. Kleiner
werdende Eingriffe des Lambdareglers (Graph 14) führen zu
geringeren Korrekturwerten 22, bis nahezu ein Beharrungszustand
erreicht ist. Dazu wird der Eingriff des Lambdareglers, d. h. das
Lambdaregler-Signal (Graph 14), beispielsweise mit einem multiplikativen
und/oder additiven Faktor korreliert, der im Falle eines Eingriffs
des Lambdareglers der Gemischvorsteuerung in diesem Betriebspunkt
zugeschlagen wird. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der
Gemischvorsteuerung wird ein multiplikativer und/oder additiver
Faktor für
die Betriebspunktänderungsgeschwindigkeit
(gekennzeichnet durch Drehzahl- und/oder Einspritzmengenvorsteuerungs-
und/oder Luftmassenstromänderung)
zugeschlagen. Ebenso ist es vorteilhaft, daß Sondervorgänge, wie
Gangwechsel, Schub und Wiedereinsetzen, Anfahren oder Eingriffe
von Fahrdynamikhilfen über
gesonderte Korrekturalgorithmen die Gemischvorsteuerung beeinflussen.
Bei der Auswertung des Eingriffs des Lambdareglers wird zweckmäßigerweise
eine Abgaslaufzeit von einem Brennraum bis zu einer Lambdasonde
sowie eine sondeneigene Totzeit berücksichtigt, so daß der ermittelte
Korrekturwert nicht dem aktuellen Arbeitsspiel, sondern einem der vorangegangenen
Arbeitsspiele zugeordnet wird. Idealerweise wird der Reglereingriff
(Graph 14) gefiltert an die Gemischvorsteuerung weiter
geleitet. Damit wird sichergestellt, daß Streuungen des Reglereingriffs
zwischen einzelnen, ähnlichen
Vorgängen die
Gemischvorsteuerung mit einem Mittelwert des Reglereingriffs beeinflussen. Überdies
ist es vorteilhaft, Reglereingriffe (Graph 14) in die vorgesteuerte Einspritzmenge
(Graph 16) nur dann bei der Gemischvorsteuerung zu berücksichtigen,
wenn der Eingriff des Lambdareglers (Graph 14) einen vorbestimmten
Schwellwert überschreitet.
Damit kann der Rechenaufwand eines Motorsteuergerätes reduziert und
eine Kostenminderung durch einen weniger leistungsfähigen Prozessor
ermöglicht
werden.
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Besonders
vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren bei Fahrzeugen
mit direkteinspritzenden oder schichtladefähigen Ottomotoren eingesetzt
werden, denen zumindest ein Vorkatalysator und stromab zumindest
ein NOx-Speicherkatalysator nachgeschaltet ist. Wegen der bei diesen
Fahrzeugen gegenüber
solchen mit konventionellen Saugrohreinspritzmotoren üblicherweise
höheren
HC-Rohemissionen und zugleich zumindest im Schichtbetrieb niedrigeren
Abgastemperaturen sind die Anforderungen an die Konvertierungsleistung
der Abgasreinigung besonders hoch. Da die Konvertierungsleistung
von Katalysatoren mit sinkender Temperatur abnehmen kann, bietet
das Verfahren besondere Vorteile, wenn die Abgastemperaturen vor
einem zumindest ersten Vorkatalysator für zumindest 10 Sekunden, optimal
für zumindest
30 Sekunden unterhalb eines Wertes von höchstens 330°C, optimal höchstens 300°C liegen. Insbesondere die in
Abhängigkeit
vom O2-, HC- und CO-Massenstrom vor dem Katalysator
und vom Abgasmassenstrom und von der Katalysatortemperatur maximal
mögliche
Konvertierungsrate bricht bei sehr niedrigen Katalysatortemperaturen
mit steigendem HC-, CO- oder Abgasmassenstrom stärker ein als bei betriebswarmem
Katalysator (Temp. im Kat > 400°C).