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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer mit
einem Dreiwegekatalysator ausgerüsteten
Brennkraftmaschine, bei dem ein Lambdawert des Luft-Kraftstoff-Gemisches, mit dem
die Brennkraftmaschine versorgt wird, in einer Zwangsanregung zyklisch
abwechselnd unter und über
einen stöchiometrischen
Sollwert gestellt wird, wodurch der Lambdawert in Fett-Phasen unter
dem stöchiometrischen
Sollwert und in Mager-Phasen gemäß dem stöchiometrischen
Sollwert liegt, wobei in der Zwangsanregung die Fett-Phasen und
die Mager-Phasen hinsichtlich der in dem Katalysator eingespeicherten
Sauerstoffmenge oder hinsichtlich der Luftmasse nach einem bestimmten
Kriterium aufeinander abgeglichen werden.
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Solche
Verfahren sind aus der
DE
195 11 548 A1 ,
DE
198 01 815 A1 oder
DE 199 53 601 A1 bekannt, wobei letztere
Schrift auch offenbart, einen Katalysators hinsichtlich dessen Alterungszustand
zu beurteilen, indem der Luftmassenwert der angesaugten Verbrennungsluft
ausgewertet wird.
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Bei
Brennkraftmaschinen können
emittierte Abgase im Abgastrakt nachbehandelt werden, indem ein Dreiwegekatalysator
eingesetzt wird, der Schadstoffe des Abgases zu unschädlichen
Verbindungen oxidiert bzw. reduziert. Es ist dabei bekannt, solche
mit einem Dreiwegekatalysator ausgerüsteten Brennkraftmaschinen
zum Erreichen eines guten Wirkungsgrades der Abgasnachbehandlung
mit im Mittel stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Gemisch
zu versorgen; in einer solchen Lambdaregelung wird der Sauerstoffgehalt
des Abgases mittels sogenannter Lambdasonden gemessen und das Luft-Kraftstoff-Gemisch
auf einen Mittelwert nahe Lambda = 1 geregelt, da Dreiwegekatalysatoren
nur in einem engen Bereich um Lambda 1 wunschgemäß ar beiten. Dieser Bereich
wird auch als Katalysator-Fenster bezeichnet.
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Zur
Steigerung des Wirkungsgrades eines Dreiwegekatalysators wird bei
einer sogenannten linearen Lambdaregelung das Luft-Kraftstoff-Gemisch
so gestaltet, dass in der für
die Lambdaregelung als Vorsteuerung wirkenden Zwangsanregung um
den stöchiometrischen
Sollwert herum zyklisch Vorgabewerte abwechselnd mit über- und
unterstöchiometrischem
Gemisch eingestellt werden. Durch die Zwangsanregung liegt der Vorgabewert
für den
Lambdawert in den Fett-Phasen unter dem stöchiometrischen Sollwert und
in den Mager-Phasen darüber.
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Indem
in den Dreiwegekatalysator abwechselnd Sauerstoff ein- und ausgelagert
wird, bestehen für Oxidations-
und Reduktionsphasen günstige
Sauerstoffverhältnisse.
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Da
die reduzierende bzw. oxidierende Wirkung eines Dreiwegekatalysators
bei unter- bzw. überstöchiometrischem
Gemisch stark abnimmt, muss jedoch darauf geachtet werden, dass
in der Zwangsanregung im zeitlichen Mittel immer Luft-Kraftstoff-Gemisch
im Katalysator-Fenster verwendet wird.
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Deshalb
wird im Stand der Technik in den Mager- und den Fett-Phasen der Zwangsanregung
jeweils ein um denselben Betrag vom stöchiometrischen Sollwert abweichender
Vorgabewert eingestellt, und die Phasen dauern gleich lang. Eventuell
durch Störung
bedingte Lambdaabweichungen vom Vorgabewert gleicht ein Lambdaregler
aus.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass durch die Zwangsanregung ein
verbesserter Wirkungsgrad eines Dreiwegekatalysators erreicht wird.
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Die
Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass
für das
Kriterium, gemäß dem die
Phasen abgeglichen werden, die Luftmasse verwendet wird, die der
Brennkraftmaschine in den Fett- und Mager-Phasen als Verbrennungsluft
zugeführt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für den Wirkungsgrad
eines Dreiwegekatalysators wesentlich ist, die in einer Mager-Phase
eingespeicherte Sauerstoffmenge während der Fett-Phase wieder
vollständig
zu entnehmen. Da die Sauerstoffmenge, mit der ein Dreiwegekatalysator
in einer Mager- Phase befüllt und
die in der darauffolgenden Fett-Phase entleert wird, von der Luftmenge
abhängt,
die der Brennkraftmaschine als Verbrennungsluft zugeführt wird,
ist der erfindungsgemäße Ansatz
unmittelbar von den tatsächlichen,
den Füll-
und Entleervorgang beeinflussenden Parametern abhängig. Darüber hinaus
haben Einflüsse, die
ein sich während
Füll- und Entleervorgang ändernder
Luftmassenstrom hat, keine störende
Auswirkung mehr, da sie bei der Ermittlung des Kriteriums Berücksichtigung
finden. Die Erfindung ersetzt also die bisher zeitbasierte Zwangsanregung
bei der linearen Lambdaregelung durch eine luftmassenstrombasierte
und erreicht dadurch einen nochmals gesteigerten Wirkungsgrad des
Dreiwegekatalysators, da das Katalysator-Fenster stabiler eingestellt
wird.
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Die
Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass in Fett- und Mager-Phasen
die Abweichungen vom stöchiometrischen
Sollwert frei gewählt
und insbesondere verschieden sein können.
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Ändert sich
die Last oder Drehzahl einer Brennkraftmaschine, so ändert sich
damit auch die innerhalb einer Zeiteinheit zugeführte Luftmasse und somit auch
die innerhalb einer Zeiteinheit in einem Dreiwegekatalysator eingespeicherte
bzw. davon Entleerte Sauerstoffmenge. Während eine rein zeitbasierte
Zwangsanregung dadurch verursachte Fehler über eine zusätzlich zur
Lambdaregelung vorzusehende Führungsregelung korrigieren
muss, ist bei der luftmassenstrombasierten Zwangsanregung automatisch
für einen
entsprechenden Ausgleich gesorgt, da eine entsprechende Verkürzung oder
Verlängerung
der Mager- bzw.
Fett-Phasen erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren macht damit die
Lambdaregelung genauer, da ein Fehler nicht erst nachträglich ausgeregelt
sondern von vornherein vermieden wird.
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Wesentlich
für die
luftmassenstrombasierte Zwangsanregung ist, dass in Mager- und Fett-Phasen
jeweils die gleiche Sauerstoffmenge in den Katalysator eingelagert
bzw. diesem ent nommen wird. Prinzipiell kann dazu eine Sollmenge
vorgegeben werden. Alternativ kann diese Sollmenge dynamisch verwaltet
werden, d.h. eine Fett- oder Mager-Phase wird dann beendet, wenn
nach dem Kriterium Abgleich mit der direkt vorherigen Mager- und
Fett-Phase erreicht ist.
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Bei
der luftmassenstrombasierten Zwangsanregung wird die Luftmasse als
Maß für die beim
Füll- bzw. Entleervorgang
eines Dreiwegekatalysators relevante Sauerstoffmasse verwendet.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann eine direkte Maßgröße für die Sauerstoffmasse,
die in Mager- und Fett-Phasen im Abgas von der Brennkraftmaschine
abgegeben wird, als Kriterium eingesetzt werden. Hierzu kann die
Sauerstoffbeladung während
der Mager-Phase durch Summation oder Integration des Luftmassenstromes
wie folgt berechnet werden:
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Diese
Formel gibt die Sauerstoffmasse MO2 als Funktion des absoluten Lambdawertes
LAM, des Stromes der Luftmasse ML und der Zeit TM an, die eine Mager-Phase
dauert. Verwendet man statt des absoluten Lambdawertes LAM die Abweichung
DLAM von einem für
das Katalysator-Fenster angenommenen Sollwert 1, ergibt sich folgende
Formel:
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Die
Abweichung ist also die Differenz zwischen dem Vorgabewert der Zwangsanregung
und dem stöchiometrischen
Sollwert, der im Mittel einzuhalten ist. Obiger Zusammenhang gilt
auch für
die Fett-Phase, in der Sauerstoff entleert wird, allerdings ist
DLAM dann negativ.
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Wie
man sieht, vermeidet das erfindungsgemäße Konzept einen weiteren Fehler,
der dem rein zeitbasierten Ansatz inhärent zugrunde liegt: er geht
davon aus, die in Mager-Betriebsphasen
eingelagerte Sauerstoffmasse sei gleich der in Fett-Phasen aus dem
Katalysator entleerten. Dem ist jedoch nicht so, da auch bei betragsgleicher
Abweichung DLAM der in der Klammer des Integrals stehende Bruch
für Mager-Betriebsphasen kleiner
ist als für
Fett-Betriebsphasen.
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Diese
Annahme liegt dem erfindungsgemäßen Zwangsanregungsverfahren
nicht zugrunde, das stattdessen eine Bilanzierung der Fett- und
Mager-Phasen – und
zwar unabhängig
von der Wahl für
DLAM und vom Luftmassenstrom – vornimmt.
Als Maß für die Sauerstoffmasse
kann z.B. die Luftmasse, die integrierte Luftmasse, die mittlere
Luftmasse oder auch die gemäß obiger
Formel errechnete Sauerstoffmasse sein. Hier ist ein Abgleich zwischen
Genauigkeitsanforderung und Rechenaufwand möglich.
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Eine
besonders genaue Steuerung der Zwangsanregung bei gleichzeitig relativ
geringem Rechenaufwand kann erreicht werden, wenn als Kriterium
ein Integral über
die während
der Fett- bzw. Mager-Phase zugeführte
Luftmasse verwendet wird. Zusätzlich
kann der Betrag, um den der Vorgabewert in Fett-Phasen unter dem stöchiometrischen Sollwert liegt,
gleich dem Betrag gewählt
werden, um den Vorgabewert in Mager-Phasen über dem stöchiometrischen Sollwert gestellt
wird. Dies muss aber nicht so sein. Das Integral kann immer einfach
ausgeführt
werden, und berücksichtigt
unterschiedliche Werte in Fett- und Mager-Phasen automatisch.
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Bei
der Anpassung eines Steuergerätes
an einen Brennkraftmaschinentyp werden üblicherweise verschiedenste
Parameter eingestellt, d.h. appliziert. Bei der luftmassenstrombasierten
Zwangsanregung kann dabei die Sauerstoffmasse eingestellt werden.
Um jedoch eine größtmögliche Parallelität zu bisherigen Zwangsanregungssystemen
erreichen zu können,
ist es vorteilhaft, wie bisher eine Zeitdauer zu applizieren. Für diese
Anwendung ist eine Weiterbildung der Erfindung zu bevorzugen, bei
der in jedem Zyklus die Fett- bzw. die Mager-Phase eine bestimmte
Zeit lang durchgeführt
und dabei die Luftmasse ermittelt wird und während der anschließenden Mager-
bzw. Fett-Phase
die Luftmasse aufintegriert und die Phase beendet wird, wenn die
Luftmassen gleich sind.
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Die
in Anlehnung an bisherige Zwangsanregungskonzepte vorgesehene Zeitdauer
gibt also nicht mehr die Dauer sowohl der Mager- als auch der Fett-Phase
vor, sondern definiert lediglich (indirekt) die Sauerstoffmasse,
die in der Mager- bzw. Fett-Phase relevant ist. Die unmittelbar
anschließende
Fett- bzw. Mager-Phase
wird dann auf die in der vorgegebenen Zeitdauer eingelagerte bzw.
entnommene Sauerstoffmasse gesteuert.
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Es
wird also eine erste Phase definiert (dabei kann es sich um eine
Mager- oder eine Fett-Phase handeln), die für eine vorgegebene Zeitdauer
durchgeführt
wird und die über
die darin relevante Sauerstoffmenge oder Luftmasse das Kriterium
für die
Gestaltung der anschließenden
zweiten Phase (analog Fett- bzw.
Mager-Phase) wertmäßig festlegt.
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Die
Parallelität
zu den in herkömmlichen
Zwangsanregungskonzepten verwendeten Größen kann noch weiter gesteigert
werden, wenn zum Beginn einer ersten Phase (beispielsweise eine
Fett-Phase) der
aktuelle Luftmassenstrom, aus dem die Brennkraftmaschine ihre Verbrennungsluft
bezieht, ermittelt und eine Zeitdauer bestimmt wird, die die erste
Phase bei diesem Luftmassenstrom dauern muss, um eine vorbestimmte
Sauerstoffmasse zu erreichen. In der Zwangsanregung wird dann die
erste Phase genau für
diese Dauer durchgeführt,
und zwar unabhängig
davon, wie sich der Luftmassenstrom ändert. Allerdings wird die
Luftmasse bzw. die Sauerstoffmasse während der ersten Phase erfasst.
Die zweite Phase wird so gestaltet, dass sich die gleiche Luftmasse
bzw. Sauerstoffmasse ergibt.
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Diese
Ausgestaltung des Verfahrens sieht als Zielgröße eine Luftmasse bzw. Sauerstoffmasse
vor, die aber in Form einer Zeit für den Vorgabewert der ersten
Phase zur Verfügung steht,
wodurch hinsichtlich der Applikation von Parametern die größtmögliche Parallelität zu bisherigen
Zwangsanregungskonzepten besteht.
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Der
erfindungsgemäße Ansatz,
wie er auch in dieser Weiterbildung zum Ausdruck kommt, ermöglicht es,
die entleerte bzw. in den Dreiwegekatalysator eingespeicherte Sauerstoffmenge
genau aufeinander abzugleichen, d.h. es gilt folgende Gleichung:
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Der
erfindungsgemäße Ansatz
der luftmassenstrombasierten Zwangsanregung ermöglicht es, Gleichheit durch
jeweilige Gestaltung der Mager-Phasendauer TM sowie der Fett-Phasendauer
TF zu erreichen. Dann wird, wie bereits erwähnt, auch der Tatsache Rechnung
getragen, dass in Mager-Phasen die Differenz DLAM zwischen Vorgabewert
und stöchiometrischem
Mittelwert positiv, in Fett-Phasen dagegen negativ ist, wodurch
der Klammerausdruck in Mager-Phasen kleiner als in Fett-Phasen ist.
Darüber
hinaus kann nun der Vorgabewert in Mager- bzw. in Fett-Phasen frei
gewählt
werden, insbesondere muss DLAM nicht mehr für die beiden Phasen betragsmäßig gleich
sein.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
kann mit besonderem Nutzen bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit
zwei unabhängig
mit Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgbaren Zylindergruppen eingesetzt
werden. Um dabei zu verhindern, dass ein Auseinanderdriften der
unabhängig
lambdageregelten Zylindergruppen erfolgt, ist es zweckmäßig beim
erfindungsgemäßen Konzept
eine Zwangssynchronisation zwischen den beiden Gruppen vorzunehmen,
weshalb in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dafür gesorgt
wird, dass beim Beenden jeder zweiten Phase (Mager- oder Fett-Phase)
einer Zylindergruppe automatisch auch die entsprechende Phase der
anderen Zylindergruppe been det wird bzw. dass ein vorbestimmter
Phasenversatz eingehalten wird.
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Es
wird deshalb bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei
unabhängig
mit Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgbaren Zylindergruppen ein Verfahren
bevorzugt, das bei einer Zylindergruppe ein Kriterium ermittelt
und als Vorgabe verwendet. Eine Zylindergruppe wird also hinsichtlich
der Zwangsanregung als Master-Gruppe betrieben, die andere folgt
als sogenannte Slave-Gruppe. Die Vorgabe durch die Master-Gruppe
kann dabei, wie zuvor bereits erwähnt, auf vielfältige Art
und Weise erfolgen. Wesentlich ist dabei, dass zu bestimmten Zeitpunkten
eine Zwangssynchronisation erfolgt. Dazu ist es möglich, einen
Luftmassensollwert, einen Sollwert für die mittlere Luftmasse, einen
Sollwert für
die Sauerstoffmasse usw. vorzugeben.
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In
einer regelungstechnisch besonders einfach auszuführenden
Weiterbildung, bei der die Anwendung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit der durch eine Zeitdauer applizierbaren Weiterbildung verknüpft wird,
ist es vorgesehen, dass in der Fett- bzw. Mager-Phase einer Zylindergruppe
das Kriterium ermittelt und als Vorgabe verwendet wird. Eine Fett-Phase
einer Zylindergruppe wird dabei zeitgesteuert durchgeführt und zugleich
die zugeführte
Luft- und Sauerstoffmasse erfasst. Die Fett-Phase der anderen Zylindergruppe
wird dann nach diesem Luftmassen- bzw. Sauerstoffmassenwert gestaltet.
Ebenso die Mager-Phasen beider Zylindergruppen; hierbei ist dafür zu sorgen,
dass die Abweichung vom stöchiometrischen
Sollwert in Fett-Phasen nicht kleiner ist, als in Mager-Phasen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beispielhalber noch näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 Zeitreihen
der Lambdaänderung
und der Luftmasse bei einer luftmassenbasierten Zwangsanregung,
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2 ein
Ablaufdiagramm zur Durchführung
einer luftmassenbasierten Zwangsanregung,
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3 eine
weitere Ausführungsform
eines Verfahrens zur luftmassenbasierten Zwangsanregung, bei dem
eine Zeitgröße zur Applikation
auf einen Brennkraftmaschinentyp eingestellt werden kann, und
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4 Zeitreihen
der Lambdaänderung
und der Luftmasse bei einer luftmassenbasierten Zwangsanregung für eine Brennkraftmaschine
mit zwei unabhängig
mit Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgbaren Zylindergruppen.
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Bei
einer Brennkraftmaschine, bei der im Abgastrakt ein Dreiwegekatalysator
angeordnet ist und die unter einer linearen Lambdaregelung läuft, wird
in einer Zwangsanregung ein Vorgabewert um einen stöchiometrischen
Lambda-Sollwert herum als Vorsteuerung für die Lambdaregelung eingestellt.
Dabei wird abwechselnd eine Mager- und Fettverschiebung des Gemisches
vorgegeben.
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In
der Magerverschiebung wird der Dreiwegekatalysator, der Sauerstoffspeicher-Eigenschaften
hat, mit Sauerstoff befüllt,
während
er in der Fettverschiebung wieder geleert wird. Dieser Füll- und
Entleervorgang ist abhängig
von der Differenz zwischen Vorgabewert und stöchiometrischem Sollwert in
den Phasen, d.h. von der Amplitude der Zwangsanregung sowie von
der Dauer der Verschiebung.
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Die
Sauerstoffmenge, mit der der Dreiwegekatalysator befüllt und
entleert wird, hängt
von der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine bei der Verbrennung
zugeführt
wird, ab. Die während
einer Mager-Phase zugeführte
Sauerstoffmasse ergibt sich dabei nach folgender Gleichung:
wobei ML die Luftmasse und
DLAM die Lambdaänderung,
d.h. die Amplitude der Zwangsanregung wiedergibt. Diese Gleichung
wird auch als Sauerstoffmassenintegral bezeichnet.
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Um
nun sicherzustellen, dass die befüllte bzw. entleerte Sauerstoffmenge
in Mager- und Fett-Phasen der Zwangsanregung gleich sind, wird jeweils
das Integral berechnet. Die Mager-Phase wird dabei so durchgeführt, dass
sich ein bestimmter Sauerstoffmassenwert MO2 einstellt. Die direkt
anschließende
Fett-Phase wird ebenfalls so gestaltet, dass genau dieser Sauerstoffmassenwert
MO2 erhalten wird.
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In 1 ist
ein Lambdaverlauf 1 als Zeitreihe dargestellt, wobei die
Lambdaänderung
DLAM über
der Zeit t gezeigt ist (aufgetragen ist dabei in 1 – DLAM).
Die Lambdaänderung
DLAM wird dabei im Betrieb der Brennkraftmaschine möglichst
einer Rechteckfunktion angenähert,
so dass in den Halbzyklen 3 und 4 jeweils eine
konstante Lambdaänderung
DLAM gegeben ist. Die Übergänge zwischen
den Halbzyklen 3 und 4 entsprechen dabei einer
linearen Änderung,
deren Steigung so gewählt
ist, dass dabei keine Komforteinbußen beim Betrieb einer Brennkraftmaschine
auftreten.
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Die
Lambdaänderung
DLAM in jedem Halbzyklus 3 und 4 wird für die Berechnung
der Sauerstoffmasse mittels des oben angegebenen Integrals verwendet.
Die Mager-Phasendauer TM ist dabei diejenige Zeit, die zwischen
zwei Nulldurchgängen
des Lambdaverlaufes 1 vorliegt. Dadurch erhält man einen
in 1 eingezeichneten Sauerstoffmassenintegralverlauf 2,
in dem die Luftmasse ML über
der Zeit t aufgetragen ist. Wie zu sehen ist, verläuft der
Sauerstoffmassenintegralverlauf 2 ebenfalls zyklisch und
ist synchron zum Lambdaverlauf 1. Zum Ende der Mager-Phasendauer
TM hat der Sauerstoffmassenintegralverlauf 2 ein lokales
Minimum.
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Das
Ende einer Mager-Phase und damit das Ende eines Halbzyklusses 3 wird
anhand des Sauerstoffmassenintegralverlaufes 2 ermittelt.
Sinkt der Wert des Sauerstoffmassenintegrals unter einen Wert MO2,
so wird ein Schaltpunkt 5 festgestellt, zu dem die Mager-Phase
beendet wird, d.h. die bis dahin konstante Lambdaänderung
DLAM wird mit der eingangs erwähnten
Steigung auf Null und dann auf den entgegengesetzten Wert für die Mager-Phase
verändert.
Zum Null-Durchgang ist dann die Mager-Phasendauer TM beendet, und es
schließt
sich die Fett-Phasendauer
TF an. Ab diesem Null-Durchgang nimmt der Wert des Sauerstoffmassenintegrals
wieder zu. Erreicht er Null, ist ein weiterer Schaltpunkt 6 erreicht,
zu dem das Ende der Fett-Phasendauer eingeleitet, und die Lambdaänderung
DLAM, wieder mit der erwähnten
Steigung, auf den Wert für die
nächste
Mager-Phase gestellt wird.
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Wie
der Lambdaverlauf 1 der 1 deutlich
zeigt, ergeben sich durch dieses Konzept, den Vorgabewert in der
Zwangsanregung zu wählen,
unterschiedliche Dauern für
Mager- und Fett-Phasen.
Sie werden jeweils so lang gestaltet, dass exakt der gleiche Wert
MO2 erhalten wird, so dass eine durchgehende Versorgung mit im Mittel
stöchiometrischem
Gemisch sichergestellt ist.
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Dieses
Verfahren zur Zwangsanregung ist in 2 schematisch
dargestellt, wobei davon ausgegangen ist, dass mit einer Fett-Phase
begonnen wird. Zuerst wird in einem Schritt S1 die Brennkraftmaschine
mit angefettetem Gemisch betrieben, d.h. der Lambdawert LAM wird
erniedrigt; dies ist in Schritt S1 schematisch durch ein Minus-Zeichen
veranschaulicht. Dann wird in einem Schritt S2 das Sauerstoffmassenintegral
berechnet. Dabei kann es sich um oben angegebenes Integral handeln.
Kann der Lambdawert jedoch konstant gehalten werden, ist dessen
Berücksichtigung
nicht erforderlich, und es genügt
eine Integral- oder Summenbildung über den Luftmassenstrom alleine.
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Anschließend wird
in einem Schritt S3 überprüft, ob die
erreichte Summe oberhalb eines Wertes MO2 liegt. Ist dies nicht
der Fall („N"-Verzweigung), wird
vor Schritt S2 zurückgesprungen,
d.h. die Fett-Phase wird fortgesetzt.
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Ist
der Wert MO2 dagegen erreicht („J"-Verzweigung), wird in einem Schritt
S4 nun der Vorgabewert angehoben, was eine Abmagerung des Gemisches
bewirkt, d.h. es wird ein magerer Lambdawert LAM vorgegeben. In
Schritt S4 ist dies durch ein Plus-Zeichen veranschaulicht.
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Während der
sich dadurch ergebenden Mager-Phase wird wiederum das Sauerstoffmassenintegral ermittelt
oder die Luftmasse aufsummiert bzw. -integriert. Dies erfolgt in
einem Schritt S5. Anschließend
wird in Schritt S6 abgefragt, ob diese Summation wiederum den Wert
MO2 erreichte. Ist dies nicht der Fall („N"-Verzweigung), wird die Mager-Phase
fortgesetzt, d.h. Schritt S5 kommt erneut zur Ausführung. Ist
dagegen der Sauerstoffmassenwert MO2 erreicht („J"-Verzweigung), so wird vor Schritt S1
zurückgesprungen,
d.h. es schließt
sich wieder eine Fett-Phase an.
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Das
in 2 schematisch dargestellte Konzept gleicht also
Mager-Phasen und Fett-Phasen jeweils auf einen gleichen Wert MO2
ab. Dieser Wert wird abhängig
von den Eigenschaften des Dreiwegekatalysators zu wählen sein
und kann insbesondere auch für
Diagnosezwecke kurzzeitig abweichend vom normalen Betrieb vergrößert oder
verkleinert werden, beispielsweise um das Verhalten des Dreiwegekatalysators
zu überprüfen.
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In 3 ist
eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens schematisch dargestellt.
Dabei wird in einem Schritt S7 zuerst eine Zyklusperiode T initialisiert,
d.h. auf Null gesetzt. Anschließend
erfolgt in einem Schritt S8 eine Fett-Phase durch Reduzierung des Lambdawertes
LAM. Im Schritt S9 schließt
sich daran analog zu Schritt S2 Sauerstoffmassenin tegralberechnung
bzw. die Summation bzw. Integration der Luftmasse an.
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Als
nächstes
wird in einem Schritt S10 die Zykluszeit T heraufgesetzt, d.h. um
ein Zeitinkrement vergrößert. Eine
Abfrage in einem Schritt S11 überprüft, ob die
aktuelle Zyklusdauer t über
einem Schwellwert SW liegt. Ist dies nicht der Fall („N"-Verzweigung), wird
die Fett-Phase fortgesetzt, d.h. es wird mit Schritt S9 fortgefahren.
Hat die Zyklusdauer dagegen einen vorbestimmten Schwellenwert SW2 überschritten
(„J-Verzweigung"), wird in einem
Schritt S12 der Wert der Summe bzw. des Integral über die
Luftmasse als Sauerstoffmassenwert MO2 gespeichert. Er dient dann
zur Steuerung der anschließenden
Mager-Phase. Es werden dabei die Schritte S13, S14 und S15 durchgeführt, die
den Schritten S4 bis S6 entsprechen.
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Das
luftmassenbasierte Kriterium zum Abgleich der Fett- und Mager-Phasen
in der Zwangsanregung kann auch für Brennkraftmaschinen verwendet
werden, die mehrere, z.B. zwei Zylindergruppen aufweisen, deren
Luft-Kraftstoff-Gemisch unabhängig
voneinander eingestellt werden kann. Dies ist üblicherweise bei Brennkraftmaschinen
mit mehreren Zylinderbänken
der Fall, beispielsweise bei V6- oder V8-Bauweisen.
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4 zeigt
Lambdaverläufe 1a und 1b sowie
Sauerstoffmassenintegralverläufe 2a und 2b für eine Zwangsanregung
bei solchen Systemen.
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Dabei
ist es vorgesehen, zu gewissen Zeiten Zwangssynchronisationen zwischen
den beiden Zylindergruppen vorzunehmen, damit kein Auseinanderdriften
der beiden Gruppen hinsichtlich der Zwangsanregung erfolgt. Ein
solches Auseinanderdriften würde
durch numerische Ungenauigkeiten unterstützt. In den in 4 dargestellten
Lambdaverläufen 1a und 1b ist
eine Zwangssynchronisation zum Ende der Mager-Phase einer Zylinderbank
vorgesehen.
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Bei
der Zwangsanregung wird eine Zylinderbank als sogenannter Master
betrieben, d.h. sie liefert die Vorgabewerte hinsichtlich des luftmassenbasierten
Abgleichkriteriums für
die andere Bank, die als Slave läuft. Der
Lambdaverlauf der als Master betriebenen Bank ist in 4 mit
Bezugszeichen 1a versehen und ebenso wie der zugehörige Sauerstoffmassenintegralverlauf 2a mit
einer größeren Strichstärke eingezeichnet.
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Die
Halbzyklen 3a und 4a der Mager- bzw. Fett-Phasen
der als Master betriebenen Zylinderbank entsprechen denen der 1,
so dass auf die diesbezügliche
Beschreibungen verwiesen werden kann.
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Ist
ein Schaltpunkt 5a erreicht, wird das Ende des Halbzyklusses 3a eingeleitet,
und es schließt
sich ein Halbzyklus 4a an, dessen Ende beim Schaltpunkt 6 initiiert
wird. Die Halbzyklen 3b und 4b der als Slave betriebenen
Zylindergruppe orientieren sich an den Sauerstoffmassenwerten MO2,
die zu den Schaltpunkten 5a bzw. 6 vorgabemäßig erreicht
waren. Wie der Sauerstoffmassenintegralverlauf 2b für die Slave-Zylinderbank zeigt,
die gegentaktig zur Master-Zylindergruppe in der Zwangsanregung
betrieben wird, wird der Schaltpunkt 5b zeitlich nach dem
Schaltpunkt erreicht, d.h. der Halbzyklus 3b dauert länger als
der Halbzyklus 3a. Dies hat seine Ursache in dem vom Vorzeichen
DLAM abhängigen
Wert des Klammerausdruckes im oben angegebenen Sauerstoffmassenintegral
bei betragsgleichen Verschiebungen DLAM in Fett- und Mager-Phasen.
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Aus
diesem Grund ist auch der Halbzyklus 4a länger als
der Halbzyklus 4b. Im Sauerstoffmassenintegralverlauf 2b fällt auf,
dass während
des Halbzyklusses 4b keine Integration stattfindet. Dies
liegt daran, dass mit Erreichen des Schaltpunktes 6, der
durch den Sauerstoffmassenintegralverlauf 2a für die Master-Zylindergruppe
definiert ist, eine Zwangssynchronisation der Halbzyklen 4a und 3b stattfindet,
damit si chergestellt ist, dass insgesamt die Gegentaktigkeit bzw.
der vorgegebene Phasenversatz zwischen Zwangsanregung der Master-Zylindergruppe und
der Slave-Zylindergruppe erhalten bleibt. Für den Fall, dass eine Abschaltung
einer Zylindergruppe auftreten kann, sollte die Integration dennoch
weitergeführt
werden, um die Slave-Bank dann kurzfristig als Master-Bank verwenden
zu können.
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Der
weitere Lambdaverlauf 1a und 1b sowie Sauerstoffmassenintegralverlauf 2a und 2b zeigen
deutlich den Einfluss des Sauerstoffmassenintegrals auf die Dauern
der Fett- und Mager-Phasen
und damit auf die Periode der Zwangsanregung. Der Sauerstoffmassenintegralverlauf 2a und 2b verläuft dort
mit deutlich geringerer Neigung, d.h. die Brennkraftmaschine saugt
einen deutlich geringeren Luftmassenstrom an als zuvor. Dementsprechend
sind die Halbzyklen 4b und 3a entsprechend verlängert.
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Durch
den Abgleich mittels des luftmassenbasierten Kriteriums wird nicht
nur erreicht, dass Mager- und Fett-Phasen jeweils unter Wirkungsgrad-Gesichtspunkten
gleich sind, sondern es kann auch eine optimale Sauerstoffmasse
eingestellt werden, die in den Dreiwegekatalysator eingespeichert
bzw. aus diesem entnommen wird.