DE10206674C1 - Verfahren zur Adaption von Streckparametern eines Abgassystem-Modells - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Adaption von Streckenparametern eines Abgassystem-Modells, bei dem einem Lambda-Sollwert eine Mager/Fett-Amplitude überlagert wird. Bei der erfindungsgemäßen Überlagerung wird eine Rechteckkurve den Lambda-Sollwerten überlagert, wobei in einem Zeitabschnitt der Überlagerung abhängig von dem Signal einer stromabwärts von Katalysator angeordneten Sonde der zweite Amplitudenwert und dessen Dauer in dem Zeitabschnitt bestimmt werden. Hierdurch werden bei der Zwangsanregung zusätzliche Freiheitsgrade erzielt, die zur Minimierung der Abgasemission dienen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption von Streckenparametern eines Abgassystem-Modells, das den Lambda-Sollwerten eine Mager/Fett-Amplitude überlagert.

Neue Richtlinien zur Abgasbeschränkung führen zu einem erhöh­ ten Aufwand bei der Abgasreinigung. Dieser steigende Aufwand bei der Abgasreinigung macht immer aufwendigere Testzyklen ü­ ber ausgedehnte Betriebsbereiche erforderlich. Die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften erfordert eine bestmögliche Konvertierung der Abgase nahezu unabhängig von dem Betriebs­ punkt. Eine gute Konvertierung der Abgase führt zu dem Ein­ satz von Katalysatoren mit steigenden Volumina, wodurch eine schnelle Aufheizung nach dem Kaltstart verzögert wird.

Aus einem zum Anmeldetag als Pre-Print vorliegendem Aufsatz von Cornelius et al. "The Role of Oxygen Storage in NO Conversion in Automotive Catalysts" ist be­ kannt, dass mit Hilfe einer symmetrischen bzw. asymmetrischen Mager-/Fettoszillation um einen Lambda-Sollwert (λ ≅ 1) eine verbesserte Konvertierung gegenüber einer Konstantwert- Lambdaregelung ohne Oszillation erzielt werden kann.

Aus DE 43 44 892 C2 ist eine Steuerung des Luft/Kraftstoff- Gemisches bekannt, die unabhängig vom Betriebszustand zwangs­ weise zwischen angereicherten und mageren Zuständen oszil­ liert, um die Reinigungseffizienz des Katalysators zu erhö­ hen.

Aus DE 198 44 994 C1 ist ein Verfahren zur Diagnose einer stetigen Lambdasonde bekannt. Bei dem Verfahren wird der Sollwert für die Lambdaregelung durch periodische Zwangsanre­ gungen aufgeprägt und das Streckenverhalten des Lambdarege­ lungskreises mittels eines Modells nachgebildet. Die Amplitu­ denverstärkung von Modell und System werden miteinander ver­ glichen und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs der Modell­ parameter adaptiert. Liegt die Änderung des Modellparameters oberhalb eines Schwellwerts, so wird die Lambdasonde als de­ fekt eingestuft. Die überlagerte Amplitude ist symmetrisch zum Lambda-Sollwert und Fett- sowie Magerflächen gleichen sich aus.

Aus DE 195 16 239 A1 ist ein Verfahren zur Parametrisierung einer Lambdaregelungseinrichtung bekannt. Ansatz für die Pa­ rametrisierung ist, dass die Übertragungsfunktion der Lambda­ regelstrecke als eine Hintereinanderschaltung zweier Verzöge­ rungsglieder erster Ordnung und eines Totzeitgliedes im Lam­ daregelkreis dargestellt werden kann. Der Luftzahlmittelwert wird über einen linearen, proportionalen-integral­ differential Regler geregelt. Die Bestimmung der Streckenpa­ rameter erfolgt hierbei abhängig von einem Sondenausgangsig­ nal einer linearen Lambdasonde.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, Streckenparameter eines Abgassystemmodells schnell und mit großer Genauigkeit zu adaptieren und dabei eine erhöhte Ab­ gasemission zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wir die Aufgabe durch eine Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einem Lambda- Sollwert mit einer Mager-/Fett-Amplitude überlagert. Der ü­ berlagerte Lamda-Sollwert besitzt in einem ersten Zeitab­ schnitt einen ersten konstanten Amplitudenwert und in einem zweiten Abschnitt zwei konstante Amplitudenwerte mit unter­ schiedlichen Werten. Der verwendete Begriff "Zeitabschnitt" bedeutet sowohl eine reine Zeitdauer als auch eine definierte Anzahl von Abgaspaketen. Abhängig von dem zu adaptierenden Streckenparameter wird in dem ersten Zeitabschnitt ein erster Amplitudenwert und in dem zweiten Zeitabschnitt einer der Amplitudenwerte gesetzt und das Amplitudenverhältnis dieser Amplitudenwerte aus dem Modell zu den gemessenen Istwerten miteinander verglichen. Der verbleibende zweite Amplituden­ wert in dem zweiten Zeitabschnitt wird abhängig von einem Signal oder einem Modell eines stromabwärts liegenden Kataly­ sators bestimmt und gesetzt. In Gegensatz zu der bekannten Zwangsanregung, bei dem Frequenz und Amplitude der Anregung abhängig von dem zu adaptierenden Streckenparameter gewählt werden, verbleiben bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu­ sätzliche Freiheitsgrade. So kann die Amplitudenänderung zwi­ schen den beiden Abschnitten maximal allein unter den Ge­ sichtspunkt der Fahrbarkeit gewählt werden, um eine stärkere Änderung mit höheren Amplitudenwerten in den Sondersignalen hervorzurufen, welches eine genauere Parameteradaption ermög­ licht. Es kann in dem zweiten Zeitabschnitt der Wert und die Dauer für die zweite Amplitude derart gewählt werden, dass eine weitgehende Konvertierung der Abgase erzielt werden kann. Hierzu werden diese Werte abhängig von dem Signal der stromabwärts von dem Katalysator liegenden Sauerstoffsonde gewählt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Zwangsanregung der Abgasregelungsstrecke noch zuverlässig möglich ist, selbst wenn in einem der Zeit­ abschnitte eine abweichende Amplitude gewählt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind die Amplituden in dem zweiten Abschnitt unter­ schiedlich mager oder unterschiedlich fett.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird für jedes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine ein Lamb­ da-Sollwert bestimmt. Hierbei werden abhängig von Last und Drehzahl die drei Amplitudenwerte bestimmt. Eine Abgassteuer­ einrichtung wählt abhängig von dem Lambda-Istwert des strom­ abwärts von dem Katalysator angeordneten Lambdasensor jeweils eine der Amplituden als Anregungsamplitude aus. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Amplituden­ werte über Kennfelder bestimmt werden können und die Abgas­ steuereinrichtung den an die Lambdaregelung weiterzuleitenden Wert bestimmt.

Bevorzugt erfolgt die Auswahl der Anregungsamplituden abhän­ gig von einer vorbestimmten Anzahl von Segmenten mit magerer und fetter Amplitude derart, dass sich im wesentlichen eine Rechteckkurve ergibt, bei der vor dem Übergang von magerer zu fetter Anregung der zweite Amplitudenwert aus dem zweiten Zeitabschnitt anliegt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens werden aus dem Amplitudenverhältnis von Modellwert zu gemessenem Istwert die Parameter für Totzeit und für die Son­ denansprechzeit ermittelt. Hierbei werden wie bereits vorste­ hend beschrieben, die Amplitudenverhältnisse, die sich aus dem Modell ergeben, und die Amplitudenverhältnisse aus den gemessenen Istwerten miteinander verglichen, dahingehend, ob das Modell die Parameter für Totzeit korrekt modelliert. Wer­ den die Werte für Tot- und Sondenansprechzeit adaptiert, so werden sie dem Regelungsmodell zugrunde gelegt. Als ein Vor­ teil des zweiten Amplitudenwertes erweist es sich, dass ge­ genüber der Zwangsanregung mit einer Rechteckkurve, sich die Istwerte wesentlich präziser zuordnen lassen und so eine bes­ sere Zuordnung der Amplitudenwerte möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Amplitudenwerte für die Zwangsanregung und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild zur Bestimmung der Amplitudenwerte.

Fig. 1 zeigt die Amplituden der Zwangsanregung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. 1 ist der Verlauf der DELTA_LAMBDA_WERTE aufgetragen, die zu einem Lambda-Sollwert hinzuaddiert werden. Die Anregungsam­ plitude ist gegen die Zeit in Millisekunden aufgetragen. Kur­ ve 10 zeigt den Verlauf der Amplitudenwerte bei der herkömm­ lichen Zwangsanregung. Kurve 10 besitzt ungefähr einen sinus­ förmigen Verlauf, bei dem die Fett/Mager-Amplituden über steigende bzw. fallende Flanken übergehen. In dem dargestell­ ten Beispiel besitzt die bekannte Zwangsanregung eine Anre­ gungsamplitude von ungefähr 0,030 und die Periode ungefähr 850 ms.

Der Amplitudenverlauf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist beispielhaft in Kurve 12 dargestellt. In einem zweiten Zeitabschnitt 14 werden die Amplituden 16 und 18 für die ma­ gere Anregung vorgegeben. In dem dargestellten Beispiel ist der Amplitudenwert 18 größer, d. h. das resultierende Lambda ist magerer als bei dem Amplitudenwert 16. In dem sich an­ schließenden (ersten) Zeitabschnitt 20 wird ein dritter Amp­ litudenwert 22 von dem Lambda-Sollwert subtrahiert. Die Dauer der Anregung 14 und 20 sind im dargestellten Ausführungsbei­ spiel ungefähr gleich lang.

Die Abfolge der drei Amplitudenwerte 16, 18 und 22 wiederholt sich, wobei die Dauer der Amplitudenwerte 16 und 18 variiert. In dem dargestellten Beispiel wird die Dauer der mageren Amp­ litude 18 in den drei aufeinanderfolgenden Perioden verkürzt.

Die Dauer der Amplitudenwerte 18 wird unter Beobachtung des Nach-Kat-Sondensignals bestimmt. Hierdurch wird eine wir­ kungsvolle Konvertierung durch den Katalysator möglich, ohne dass das sogenannte "Einschlafen" des Katalysators oder ein Sauerstoffdurchbruch auftritt. Die Dauer der Amplitudenwerte können ebenfalls rein modellgesteuert bestimmt werden.

Fig. 2 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild die Ver­ fahrensschritte zur Bestimmung der Anregungsamplitude. Als Eingangsgrößen 24 und 26 liegen 7 die aktuellen Werte für Dreh­ zahl und Last an. Die Eingangswerte 24 und 26 liegen jeweils an den Berechnungsmodulen 28 und 30 an. Hierbei berechnet Mo­ dul 28 den Wert für die erste magere Anregungsamplitude 16 (IP_DE_LAMB_SP_AFL). Das zweite Berechnungsmodul 30 berechnet den Wert für die Anregungsamplitude 22 in der Phase der fet­ ten Lambdawerte (IP_DE_LAMB_SP_AFR). Das Modul 32 berechnet den Wert für die zweite magere Amplitude 18 (IP_DELTA_LAMB_AFL_COR). Zusätzlich zu der Abhängigkeit von Last und Drehzahl hängt die Berechnung der zweiten mageren Amplitude von dem Ausgangssignal einer Abgassteuereinrichtung 34 ab, sogenannte Trimmregelung.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere da­ für, um Parameter einer Lambdaregelung während des Betriebs schnell und besserer Genauigkeit ohne einen Emissionsnachteil zu erkennen und zu adaptieren. Auf diese Art und Weise kann das Regelverhalten der Lambdaregelung deutlich verbessert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Adaption von Streckenparametern eines Abgassystem-Modells, bei welchem die Lambdawerte mit einer Mager/Fett-Amplitude überlagert werden, das die folgenden Verfahrensschritten aufweist:

• - die überlagerten Lambdawerte besitzen in einem ersten Zeitabschnitt einen ersten konstanten Ampli­ tudenwert und in einem zweiten Zeitabschnitt zwei konstante, unterschiedlich magere oder unterschied­ lich fette Amplitudenwerte,
• - abhängig von dem zu adaptierenden Streckenparameter wird in dem ersten Zeitabschnitt ein erster Ampli­ tudenwert und in dem zweiten Abschnitt einer der Amplitudenwerte gesetzt und das Amplitudenver­ hältnis dieser Amplitudenwerte von dem Abgassystem­ modell zu den gemessenen Istwerten für den Amplitu­ denwert miteinander verglichen und die Strecken­ parameter entsprechend angepasst, wobei
• - der zweite Amplitudenwert in dem zweiten Zeitabschnitt abhängig von einem Signal eines stromabwärts liegenden Katalysators gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal für den zweiten Amplitudenwert in dem zweiten Zeitabschnitt abhängig von einem Modell bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine ein Lambda-Sollwert bestimmt wird, mit den folgenden Verfahrensschritten:

• - abhängig von Last und Drehzahl werden die drei Amplitudenwerte bestimmt, und
• - eine Abgassteuereinrichtung wählt abhängig von dem Lambda-Istwert des stromabwärts angeordneten Katalysators jeweils einen der Amplitudenwerte als Anregungsamplitude aus.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Anregungsamplituden zusätzlich von der Anzahl der Segmente mit magerer und fetter Amplitude abhängt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Anregungsamplitude zusätzlich von den Werten einer stromabwärts von dem Katalysator angeordneten Luftsonde abhängt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Amplitudenverhältnis von Abgassystemmodell zu gemessenen Istwerten die Parameter für Totzeit- und Sondenansprechdauer betriebspunktabhängig bestimmt und die Streckenparameter entsprechend angepasst werden.