DE10243342B3 - Method and device for lambda control in an internal combustion engine with a closed lambda control loop - Google Patents

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DE10243342B3 DE2002143342 DE10243342A DE10243342B3 DE 10243342 B3 DE10243342 B3 DE 10243342B3 DE 2002143342 DE2002143342 DE 2002143342 DE 10243342 A DE10243342 A DE 10243342A DE 10243342 B3 DE10243342 B3 DE 10243342B3
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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt für eine lineare lambda-Regelung einen Fuzzy-Controller (54), der die Zwangsanregung der lambda-Strecke steuert für eine optimale Konvertierung der Abgasbestandteile.For a linear lambda control, the present invention describes a fuzzy controller (54) which controls the positive excitation of the lambda path for an optimal conversion of the exhaust gas components.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Lambda-RegelkreisMethod and device for lambda control in an internal combustion engine with a closed lambda control loop

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Lambda-Regelkreis, dessen Lambda-Sollwerten über eine Zwangsanregung Lambda-Pulse aufmoduliert werden.The present invention relates to a method and a device for lambda control in a Internal combustion engine with a closed lambda control loop, the Lambda setpoints above Forced excitation Lambda pulses are modulated.

In dem Handbuch Verbrennungsmotor, Van Basshuysen/Schäfer (HRSG.), Siemens VDO Automotive, Vieweg-Verlag, 2. verbesserte Auflage, Juni 2002 wird die Lambda-Regelung für den Dreiwegekatalysator als Abgasnachbehandlungskonzept für Ottomotoren mit äußerer Gemischbildung beschrieben. Die Lambda-Regelung stellt sicher, dass die Schadstoffkomponenten CO, HC und NOx optimal konvertiert werden.In the combustion engine manual, Van Basshuysen / Shepherd (HRSG.), Siemens VDO Automotive, Vieweg-Verlag, 2nd improved edition, June 2002, the lambda control for the three-way catalytic converter is called Exhaust gas treatment concept for gasoline engines with external mixture formation described. The lambda control ensures that the pollutant components CO, HC and NOx can be optimally converted.

Im geschlossenen Regelkreis wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ durch die im Abgas positionierte Lambda-Sonde gemessen, das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem Sollwert verglichen und falls erforderlich die Kraftstoffmenge korrigiert.In a closed loop the air-fuel ratio λ by the Lambda probe positioned in the exhaust gas, measured with the actual air-fuel ratio compared to the target value and, if necessary, the amount of fuel corrected.

Es ist ferner bekannt, dass um eine gute Umwandlungsrate des Dreiwegekatalysators zu erzielen, d.h. um eine möglichst vollständige Oxidation von CO und HC sowie um einen möglichst hohen Reduktionsgrad von NOx zu erzielen, das Luft-Kraftstoff-Gemisch vor dem Katalysator eine bestimmte Schwankung aufweisen muss, also ein gezielter Betrieb des Verbrennungsmotors sowohl im Luftüberschuss- als auch im Luftmangelbereich erfolgen muss. Dadurch wird ein Befüllen und Entleeren des Sauerstoffspeichers des Katalysators sichergestellt und ein Durchbruch einer der zu konvertierenden Abgasbestandteile verhindert. Die Schwankung im Luft- Kraftstoff-Gemisch werden in der Technik auch als Zwangsanregung bezeichnet. Bei der Zwangsanregung werden auf einen Lambda-Sollwert einzelne Lambda-Pulse aufmoduliert, die einen Fett- oder Magerbetrieb bewirken. Dauer, Amplitude und zeitlicher Verlauf der Lambda-Pulse ist nicht beschränkt.It is also known that a to achieve good conversion rate of the three-way catalyst, i.e. to one if possible full Oxidation of CO and HC and the highest possible degree of reduction of NOx to achieve the air-fuel mixture in front of the catalytic converter must show a certain fluctuation, i.e. a targeted operation of the internal combustion engine both in the excess air and in the lack of air area must be done. This makes filling and emptying the oxygen storage of the catalyst ensured and a breakthrough of one of the converting exhaust gas components prevented. The fluctuation in the air-fuel mixture are also called forced stimulation in technology. In the Individual lambda pulses are forced to a lambda setpoint modulated, which cause a fat or lean operation. duration The amplitude and the time profile of the lambda pulses are not restricted.

Bei der Lambda-Regelung werden kurzfristige Lambda-Störungen in der Regel vom Katalysator gepuffert, so dass es nicht zu relevanten Emissionsverschlechterungen kommt, obwohl über eine gewisse Zeitdauer ein vom Sollwert abweichendes Luft-Kraftstoff-Gemisch vorlag. Werden Grenzkatalysatoren, d.h. Katalysatoren mit geringer Edelmetallbeladung und/oder stark gealterte Katalysatoren, eingesetzt, so reicht die Pufferwirkung bei Lambda-Störungen nicht mehr aus und es kommt zu Durchbrüchen der zu konvertierenden Abgasbestandteile.In the lambda control, short-term Lambda interference in usually buffered by the catalyst so that it is not too relevant Emission deterioration occurs, though over a period of time An air / fuel mixture deviating from the setpoint was present. Become Limit catalysts, i.e. Catalysts with low precious metal loading and / or heavily aged catalysts used, so that is enough Buffering effect with lambda disturbances no longer out and there are breakthroughs of the converted Exhaust components.

Die bekannten Ansätze zur Lambda-Regelung kommen aufgrund der Totzeiten der Regelstrecke und der Überlagerung der Zwangsanregung an ihre Grenzen.The well-known approaches to lambda control come due to the dead times of the controlled system and the overlay of the forced excitation to its limits.

Aus DE 198 44 994 C2 ist ein Verfahren zur Diagnose einer stetigen Lambda-Sonde bekannt. Einem Lambda-Sollwert wird hier über einen Signalgenerator eine periodische Schwingung mit einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude aufgeprägt. Bei der Schwingung kann es sich um eine Rechteckschwingung handeln, die durch ihre Frequenz und Amplitude bestimmt ist. Darüber hinaus ist auch eine Sägezahnschwingung oder eine beliebige, periodische Signalform, beispielsweise Sinusform, beschrieben. Die Zwangsanregung führt gezielt eine kleine periodische Änderung im Kraftstoff-/Luftverhältnis herbei, wobei um diese mit großer Genauigkeit realisieren zu können, ein Modell der Regelstrecke der Lambda-Regelung vorgesehen ist.Out DE 198 44 994 C2 a method for diagnosing a continuous lambda probe is known. A periodic oscillation with a predetermined frequency and amplitude is impressed on a lambda target value via a signal generator. The vibration can be a square wave, which is determined by its frequency and amplitude. In addition, a sawtooth wave or any periodic signal shape, for example a sinusoidal shape, is also described. The forced excitation specifically brings about a small periodic change in the fuel / air ratio, and in order to be able to implement this with great accuracy, a model of the controlled system of the lambda control is provided.

Aus DE 101 03 772 A1 ist ein. Verfahren zum Betreiben eines Dreiweg-Katalysators bekannt. Zur Verhinderung von Durchbrüchen wird der Füllgrad für Sauerstoff geprüft, wobei ausgehend vom momentanen Ausgangswert durch kurzzeitiges Abmagern oder Anfetten des Motors das Luft/Kraftstoffgemisch um einen Betrag erhöht oder erniedrigt wird und sogleich wieder auf den Ausgangswert zurückgeführt wird. Anhand eines Durchbruchs während der Prüfphase wird dann eine Korrektur des Füllgrades durchgeführt.Out DE 101 03 772 A1 is a. Method for operating a three-way catalyst known. To prevent breakthroughs, the degree of filling for oxygen is checked, with the air / fuel mixture being increased or decreased by an amount based on the instantaneous initial value by briefly leaning or greasing the engine, and immediately returned to the initial value. The fill level is then corrected based on a breakthrough during the test phase.

Aus US 5,524,599 ist es bekannt, einen Fuzzy-Controller zur Bestimmung des Luft-/Kraftstoffgemisches einzusetzen. Der Fuzzy-Controller besitzt vier Eingangssignale, von denen zwei auf der rückgekoppelten Messung eines Luft/Kraftstoffgemisches beruhen, eines die Drosselposition anzeigt und eines auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruht. Der Fuzzy-Controller bestimmt aus diesen Eingangsgrößen einen Sollwert für das Luft-/Kraftstoffgemisch.Out US 5,524,599 it is known to use a fuzzy controller for determining the air / fuel mixture. The fuzzy controller has four input signals, two of which are based on the feedback measurement of an air / fuel mixture, one of which indicates the throttle position and one of which is based on the vehicle speed. The fuzzy controller determines a target value for the air / fuel mixture from these input variables.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lambda-Regelung für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit einfachen Mitteln, eine zuverlässige Regelung der Lambda-Sollwerte gestattet.The invention has for its object a Lambda control for one To provide internal combustion engine, which with simple means, a reliable Regulation of the lambda setpoints permitted.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung den Gegenstand der Unteransprüche (Anspruche 2–7, 9 und 10).According to the invention, the object is achieved by a Method with the features of claim 1 and an apparatus solved with the features of claim 8. Advantageous configurations of the method and the device the subject of the subclaims (claims 2-7, 9 and 10).

Erfindungsgemäß werden zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Lambda-Regelkreis den Lambda-Sollwerten über eine Zwangsanregung Lambda-Pulse aufmoduliert. Aufmoduliert bedeutet in diesem Kontext, dass der Lambda-Sollwert um einen Lambda-Wert schwankt, der ohne Zwangsanregung als Lambda-Sollwert dienen würde. Das Aufmodulieren kann. beispielsweise additiv erfolgen. Es ist aber auch möglich, einen Lambda-Wert mit entsprechenden Faktoren zu multiplizieren. Erfindungsgemäß bestimmt ein Fuzzy-Controller aus einem Lambda-Istwert und der Regelabweichung zwischen Lambda-Istwert und Lambda-Sollwert Steuersignale für die Zwangsanregung, die durch entsprechende Lambda-Pulse den Lambda-Sollwerten aufmoduliert werden. Während bei der herkömmlichen Lambda-Regelung ein Lambda-Regler die Einspritzzeitkorrektur berechnet und die Lambda-Sollwerte über eine Zwangsanregung mit den Lambda-Pulsen versehen werden, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Regelung der Lambda-Werte sowohl durch den Lambda-Regler als auch durch die Zwangsanregung vorgenommen. Die Lambda-Pulse der Zwangsanregung werden durch den Fuzzy-Controller so gesteuert, dass diese gemeinsam mit den durch den Lambda-Regler bestimmten Lambda-Werten eine optimale Konvertierung der Abgase sicherstellen. Durch die Hinzunahme des Fuzzy-Controllers wird sichergestellt, dass der Reglereingriff nicht aufgrund der Totzeiten der Regelstrecke erschwert wird. Zusätzlich ist ein Reglerausgangsmanager vorgesehen, der das Steuersignal für die Zwangseinrichtung mit dem Reglerausgang vergleicht und den Lambda-Sollwert auf vorbestimmte Maximal- oder Minimalwerte beschränkt. Bevorzugt moduliert der Reglerausgangsmanager den Sauerstoffspeicher des Katalysators und begrenzt die Ausgangswerte des Lambda-Reglers derart, dass eine nahezu vollständige bzw. eine optimale Konvertierung der Abgasbestandteile erfolgt.According to the invention, the lambda target values are modulated onto the lambda setpoints via a forced excitation for lambda control in an internal combustion engine with a closed lambda control loop. In this context, modulated on means that the lambda setpoint fluctuates around a lambda value that would serve as a lambda setpoint without forced excitation. The modulation can. for example, additive. However, it is also possible to correspond to a lambda value multiply the factors. According to the invention, a fuzzy controller determines control signals for the forced excitation from an actual lambda value and the control deviation between the actual lambda value and the desired lambda value, which signals are modulated onto the desired lambda values by corresponding lambda pulses. While in the conventional lambda control a lambda controller calculates the injection time correction and the lambda setpoints are provided with the lambda pulses via forced excitation, in the method according to the invention the lambda values are controlled both by the lambda controller and by made the forced stimulation. The lambda pulses of the forced excitation are controlled by the fuzzy controller so that, together with the lambda values determined by the lambda controller, they ensure optimal conversion of the exhaust gases. The addition of the fuzzy controller ensures that the controller intervention is not made more difficult due to the dead times of the controlled system. In addition, a controller output manager is provided which compares the control signal for the forced device with the controller output and limits the desired lambda value to predetermined maximum or minimum values. The controller output manager preferably modulates the oxygen storage of the catalytic converter and limits the output values of the lambda controller in such a way that the exhaust gas components are converted almost completely or optimally.

Bereits bei herkömmlichen Lambda-Reglern ist es bekannt, den Reglerausgang, beispielsweise eines PII2D-Reglers bei nicht stationären Bedingungen zu begrenzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss zusätzlich berücksichtigt werden, dass auch über die Lambda-Pulse der Zwangsanregung eine Regelung vorgenommen wird, so dass die Lambda-Sollwerte entsprechend zu begrenzen sind.It is already known in conventional lambda controllers to limit the controller output, for example a PII 2 D controller, under non-stationary conditions. In the method according to the invention, it must also be taken into account that regulation is also carried out via the lambda pulses of the forced excitation, so that the lambda setpoints are to be limited accordingly.

In einer Weiterbildung der Erfindung liegt an dem Fuzzy-Controller zusätzlich ein Fahranforderungsprofil als Eingangsgröße an (Anspruch 3, 9). Das Fahranforderungsprofil gibt beispielsweise wieder, ob derzeit eher eine Beschleunigung, ein neutrales Fahrverhalten oder eine Verzögerung gewünscht wird. Der Fuzzy-Controller wählt entsprechend. dem aktuellen Anforderungsprofil die Zwangsanregung.In a further development of the invention is due to the fuzzy controller additionally a driving requirement profile as an input variable (claim 3, 9). The The driving requirement profile shows, for example, whether it is currently more likely acceleration, neutral driving behavior or deceleration is desired. The fuzzy controller chooses corresponding. the current requirement profile, the forced stimulation.

In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung berücksichtigt der Fuzzy-Controller zusätzlich den Motorbetriebszustand (Anspruch 5, 6, 10). Beim Motorbetriebszustand wird mindestens unterschieden zwischen Sauerstoffspeicher entleeren, halten und füllen. Die Daten zu dem Fahranforderungsprofil sowie zu dem Motorbetriebszustand werden für den Fuzzy-Controller von der Motorsteuerung bereitgestellt.In a particularly useful training considered the fuzzy controller additionally the Engine operating state (claim 5, 6, 10). When the engine is operating will at least differentiate between emptying oxygen stores, hold and fill. The data on the driving requirement profile and on the engine operating state be for the fuzzy controller provided by the engine control.

In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung überwacht der Fuzzy-Controller zusätzlich Abgaszusammensetzungsfehler, indem ausgehend von der zeitlichen Entwicklung der Sollwerte zusätzlich verglichen wird, ob die zu erwartenden Übergänge von Fett- und Magerbetrieb sich mit einer entsprechenden Verzögerung einstellen (Anspruch 7). Wird festgestellt, dass erwartete Übergänge für bestimmt Werte der Zwangsanregung nicht zu dem erwarteten Zeitpunkt auftreten, so wird das Vorliegen eines Abgaszusammensetzungsfehlers erkannt.Monitored in a particularly useful training the fuzzy controller additionally Exhaust gas composition errors by starting from the temporal Development of the setpoints additionally compared is whether the expected transitions from Fat and lean operation occur with a corresponding delay (Claim 7). It is found that expected transitions for certain values of forced stimulation does not occur at the expected time, so the existence of an exhaust gas composition error detected.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Verhaltung zur Lambda-Regelung werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The method according to the invention and the behavior according to the invention for lambda control are explained in more detail using the following figures. It shows:

1 ein Ablaufdiagramm für die erfindungsgemäße Lambda-Regelung und 1 a flowchart for the lambda control according to the invention and

2 eine Skizze zur Zwangsanregung. 2 a sketch of the forced stimulation.

1 zeigt die erfindungsgemäße Lambda-Regelung anhand des Beispiels der linearen Lambda-Regelung. Eingangsgröße für das Regelungsverfahren ist der gemessene Wert für das Luft-Kraftstoff-Gemisch 10. Der gemessene Wert wird durch eine Trimmregelung 12 zu einem korrigierten Lambda-Sollwert 14 umgerechnet. Eingangsgröße für die Trimmregelung 12 ist das Nachkatsonden-Signal, das vorzugsweise von einer binären Sprungsonde stammt. Von dem korrigierten Lambda-Wert 16 wird in Schritt 18 der Kehrwert gebildet. 1 shows the lambda control according to the invention using the example of the linear lambda control. The input variable for the control procedure is the measured value for the air-fuel mixture 10 , The measured value is controlled by a trim 12 to a corrected lambda setpoint 14 converted. Input variable for the trim control 12 is the post-cat probe signal, which preferably comes from a binary hop probe. From the corrected lambda value 16 the reciprocal is formed in step 18.

Der von einer Motorsteuerung (nicht dargestellt) berechnete Lambda-Sollwert ohne Zwangsanregung liegt in 20 an. Der Lambda-Sollwert 20 wird zusammen mit der Zwangsanregung 42 an eine Verzögerungseinrichtung 22 weitergeleitet. In Verfahrensschritt 22 werden Gaslaufzeit und Sensorverhalten berücksichtigt, bevor der Lambda-Sollwert 20 als gefilterter Lambda-Sollwert 24 weitergeleitet wird. In Verfahrensschritt 26 wird der Kehrwert des gefilterten Lambda-Sollwerts gebildet. Die Abweichung zwischen dem gemessenen und korrigierten Lambda-Wert und dem gefilterten Lambda-Sollwert werden voneinander subtrahiert und als Regelabweichung 28 an den Lambda-Regler 30 weitergeleitet.The lambda setpoint without forced excitation calculated by an engine control (not shown) is in 20 on. The Lambda setpoint 20 will along with the coercive stimulus 42 to a delay device 22 forwarded. In process step 22 gas runtime and sensor behavior are taken into account before the lambda setpoint 20 as a filtered lambda setpoint 24 is forwarded. In process step 26 the reciprocal of the filtered lambda setpoint is formed. The deviation between the measured and corrected lambda value and the filtered lambda target value are subtracted from one another and as a control deviation 28 to the lambda controller 30 forwarded.

Der Lambda-Regler 30 kann beispielsweise als PII2D-Regler ausgebildet sein. Der Regler arbeitet dabei derart, dass die Regelabweichung 28, auch als Richness bezeichnet, an den einzelnen Anteilen des Reglers anliegt. Die Signale des P-Anteils, des D-Anteils und der I- und I2-Anteile werden jeweils begrenzt und zum Reglerausgang zusammengeführt.The lambda controller 30 can be designed for example as a PII 2 D controller. The controller works in such a way that the control deviation 28 , also known as richness, is applied to the individual parts of the controller. The signals of the P component, the D component and the I and I 2 components are each limited and combined to the controller output.

Der Reglerausgang liegt an einem nachfolgenden Reglerausgangsmanager 34 an. Der Reglerausgangsmanager 34 begrenzt abhängig von Steuersignalen 36 für die Zwangsanregung die Einspritzmengenkorrektur 38. In einem einfachen Beispiel kann der Reglerausgangsmanager 34 die Einspritzmengenkorrektur 38 derart korrigieren, dass beispielsweise bei nicht-stationären Bedingungen die Gesamteinspritzmengenkorrektur einschließlich der Zwangsanregung beschränkt ist.The controller output is connected to a subsequent controller output manager 34 on. The controller output manager 34 limited depending on control signals 36 the injection quantity correction for the forced excitation 38 , In a simple example, the controller output manager 34 the injection quantity correction 38 correct in such a way that the total injection quantity correction including the forced excitation is limited, for example in the case of non-stationary conditions.

Zusätzlich zu der Einspritzmengenkorrektur 38 des Regler-Pfades verfügt die in 1 dargestellte Lambda-Regelung über einen Vorsteuerpfad 40. In den Vorsteuerpfad 40 geht der Lambda-Sollwert 20 ungefiltert ein. Zu dem Lambda-Sollwert 20 wird ein Lambda-Puls 42 addiert. Der Lambda-Puls 42 ist beispielhaft in 2 als eine trapezförmige Pulsabfolge dargestellt. In Verfahrensschritt 44 werden Lambda-Sollwert und Lambda-Puls 42 addiert. Nach Bildung des Kehrwerts 46 und Subtraktion der 1 in Verfahrensschritt 48 wird so eine weitere Einspritzmengenkorrektur bestimmt, die zusammen mit der aus dem Reglerpfad stammenden Einspritzmengenkorrektur zur Gesamteinspritzmengenkorrektur 50 addiert wird. Anzahl und Form der Lambda-Pulse 42 wird durch die Zwangsanregung 52 bestimmt. Die Zwangsanregung 52 kann auch über längere Zeit die Anzahl der fetten und mageren Pakete bestimmen.In addition to the injection quantity correction 38 of the controller path has the in 1 Lambda control shown via a pilot control path 40 , In the input path 40 the Lambda setpoint goes 20 unfiltered one. To the Lambda setpoint 20 becomes a lambda pulse 42 added. The lambda pulse 42 is exemplary in 2 represented as a trapezoidal pulse train. In process step 44 become the lambda setpoint and lambda pulse 42 added. After the reciprocal value has been formed 46 and subtracting the 1 in process step 48 In this way, a further injection quantity correction is determined, which together with the injection quantity correction originating from the controller path for the total injection quantity correction 50 is added. Number and shape of the lambda pulses 42 is through the forced stimulation 52 certainly. The forced stimulation 52 can also determine the number of fat and lean packets over a long period of time.

Das in 1 dargestellte Verfahren zur Lambda-Regelung besitzt einen Fuzzy-Regler 54, dessen Ausgangssignale an der Zwangsanregung 52 und dem Reglerausgangsmanager 34 anliegen. Als Eingangsgrößen verfügt der Fuzzy-Controller 54 über den inversen korrigierten Lambda-Wert 16. Ebenfalls liegt die Regelabweichung 28 an dem Fuzzy-Controller an, wobei hierzu in Schritt 56 aus dem Ausgang von 22 der Kehrwert gebildet wird.This in 1 The illustrated method for lambda control has a fuzzy controller 54 , whose output signals at the forced excitation 52 and the controller output manager 34 issue. The fuzzy controller has input variables 54 via the inverse corrected lambda value 16 , The control deviation also lies 28 to the fuzzy controller, for this purpose in step 56 from the output of 22 the reciprocal is formed.

Zusätzlich zu dem inversen korrigierten Lambda-Wert und der Regelabweichung liegen an dem Fuzzy-Controller noch Signale zum Fahranforderungsprofil 58 und zum Motorbetriebszustand 60 an. Die Arbeitsweise des Fuzzy-Controllers ist wie folgt:

  • 1. Übermäßige negative Abweichungen der Lambda-Differenz (Soll-/Istwert): Zur Feststellung einer übermäßigen Abweichung wird die linerare Lambda-Sonde vor dem Katalysator ausgewertet. Wird festgestellt, dass der Betrieb zu mager ist, wird eine vorbestimmte Anzahl von fetten Abgaspaketen als Lambda-Pulse mit der Zwangsanregung vorgegeben. Anzahl und Amplitude der Abgaspakete können hierbei betriebspunkt-, alterungs- und/oder beschichtungsabhängig gewählt werden. Auch können Abbruchkriterien für die Beaufschlagung mit fetten Abgaspaketen vorgesehen sein. Der zu magere Betrieb wird daran festgestellt, dass die Abweichung zwischen den Lambda-Werten kleiner als eine vorgegebene untere Schranke ist. Gleichzeitig wird überprüft, ob die festgestellte Abweichung für eine vorbestimmte Mindestdauer vorliegt. Bei diesem Eingriff verringert der Reglerausgangsmanager die Stellgrößen des Lambda-Reglers in Abhängigkeit des Fuzzy-Reglereingriffs, wobei der Reglerausgangsmanager insbesondere in Richtung einer Verlangsamung des Eingriffs wirkt. Hierdurch wird das gesamte Reglersystem stabilisiert, da der über den Vorsteuerpfad wirkende Fuzzy-Regler schnelle Eingriffe durchführen kann, um den Sauerstoffspeicher auf dem gewünschten Level zu korrigieren, ohne dass die Totzeit und die Verzögerungszeit der Regelstrecke berücksichtigt werden müssen. Liegt keine übermäßige negative Abweichung der Lambda-Differenz vor, d.h. die Lambda-Differenz liegt innerhalb vorbestimmter Grenzwerte, so erfolgt kein Fuzzy-Reglereingriff. In diesem Fall wird mit der Standardzwangsanregung gearbeitet, und auch die Parameter des Lambda-Reglers bleiben unverändert. Liegt die Lambda-Differenz oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts und ist ebenfalls eine vorbestimmte Min desttemperatur überschritten, so wird ein zu fetter Betrieb erkannt und der Fuzzy-Regler steuert eine vorbestimmte Anzahl von mageren Paketen an. Auch hier können wieder Anzahl und Amplitude der mageren Pakete betriebspunkt-, alterungs- und beschichtungsabhängig gewählt werden.
  • 2. Fahranforderungsprofil: Liegt an der Fuzzy-Steuerung ein Signal an, dass momentan ein höheres Moment angefordert wird, so wird eine vorbestimmte Anzahl von fetten Abgaspaketen mit der Zwangsanregung generiert. Das Fahranforderungsprofil wird beispielsweise durch einen Pedalwertgeber und/oder über Sensoren erkannt, die das Zu- und Abschalten von elektrischen Verbrauchern bemerken und die damit verbundene sich ändernde Momentenanforderung feststellen. Wird festgestellt, dass das Fahranforderungsprofil neutral ist, erfolgt die Zwangsanregung standardmäßig mit den Standardstellgrößen des Lambda-Reglers. Liegt ein Fahranforderungsprofil zur Verzögerung vor, so wird durch den Fuzzy-Regler eine vorbestimmte Anzahl von mageren Abgaspaketen generiert.
  • 3. Motorbetriebszustand: In diesem Betriebszustand wird aufgrund von Werten der Motorsteuerung, Emissionsmodellen, Temperaturmodellen und/oder Sensoren festgestellt, ob eine Entleerung des Sauerstoffspeichers des Katalysators ohne Emissionsnachteile möglich und aus Konvertierungsgründen erforderlich ist. Zur Feststellung kann beispielsweise das geschätzte Rohemissionsverhalten verwendet werden. Zur Entleerung des Sauerstoffspeichers wird eine vorbestimmte Anzahl von fetten Abgaspaketen generiert. Wird festgestellt, dass der Sauerstoffspeicher zu halten ist, so erfolgt kein Eingriff über den Fuzzy-Regler und es liegt die Standardzwangsanregung vor. Wird festgestellt, dass der Sauerstoffspeicher zu füllen ist, so veranlasst der Fuzzy-Controller, dass eine vorbestimmte Anzahl von mageren Abgaspaketen generiert wird.
  • 4. Abgaszusammensetzungsfehler: Stellt die lineare Lambda-Sonde vor dem Katalysator fest, dass nach einer vorbestimmten Zeitspanne kein Fixwertdurchgang von mager nach fett bzw. von fett nach mager erfolgt ist, so wird die Anzahl der fetten Abgaspakete bzw. der mageren Abgaspakete erhöht. Der Fuzzy-Regler steuert also die Zwangsanregung zur Erzeugung einer vorbestimmten Anzahl von fetten Abgaspaketen an, wenn der Übergang von mager nach fett nicht nach einer Anzahl von periodischen Mager-Fett-Paketen erfolgt. Ist in diesem Fall die Anzahl der gemessenen mageren Abgaspakete zu groß, so wird eine vorbestimmte Anzahl von fetten Abgaspaketen erzeugt. Ist dagegen die Anzahl der gemessenen fetten Abgaspakete zu groß, so wird eine vorbestimmte Anzahl von mageren Abgaspaketen erzeugt. Bei einem aktiven Eingriff des Fuzzy-Reglers werden zur Stabilisierung des Systems zusätzlich die Reglerparameter hin zu einer Verlangsamung des Reglers geändert.
In addition to the inverse corrected lambda value and the control deviation, the fuzzy controller also has signals relating to the driving requirement profile 58 and the engine operating condition 60 on. The fuzzy controller works as follows:
  • 1. Excessive negative deviations of the lambda difference (setpoint / actual value): To determine an excessive deviation, the linear lambda probe in front of the catalytic converter is evaluated. If it is determined that the operation is too lean, a predetermined number of rich exhaust gas packets are specified as lambda pulses with the forced excitation. The number and amplitude of the exhaust gas packs can be selected depending on the operating point, age and / or coating. Termination criteria for the application of rich exhaust gas packets can also be provided. The operation, which is too lean, is determined by the fact that the deviation between the lambda values is smaller than a predetermined lower limit. At the same time, it is checked whether the ascertained deviation exists for a predetermined minimum period. During this intervention, the controller output manager reduces the manipulated variables of the lambda controller as a function of the fuzzy controller intervention, the controller output manager acting in particular in the direction of slowing down the intervention. This stabilizes the entire controller system, since the fuzzy controller acting via the pilot control path can carry out quick interventions in order to correct the oxygen storage at the desired level without having to take into account the dead time and the delay time of the controlled system. If there is no excessive negative deviation of the lambda difference, ie the lambda difference lies within predetermined limit values, there is no fuzzy controller intervention. In this case, standard forced excitation is used and the parameters of the lambda controller also remain unchanged. If the lambda difference lies above a predetermined threshold value and a predetermined minimum temperature is also exceeded, operation that is too rich is recognized and the fuzzy controller controls a predetermined number of lean packets. Again, the number and amplitude of the lean packets can be selected depending on the operating point, age and coating.
  • 2. Driving requirement profile: If a signal is present at the fuzzy control that a higher torque is currently being requested, a predetermined number of rich exhaust gas packets are generated with the forced excitation. The driving requirement profile is recognized, for example, by a pedal value transmitter and / or by sensors that detect the switching on and off of electrical consumers and determine the associated changing torque request. If it is determined that the driving requirement profile is neutral, the forced excitation is carried out as standard with the standard manipulated variables of the lambda controller. If there is a driving request profile for deceleration, the fuzzy controller generates a predetermined number of lean exhaust gas packets.
  • 3. Engine operating state: In this operating state, it is determined on the basis of values from the engine control, emission models, temperature models and / or sensors whether it is possible to empty the oxygen storage of the catalytic converter without emission disadvantages and whether this is necessary for conversion reasons. For example, the estimated raw emission behavior can be used to determine this. A predetermined number of rich exhaust gas packets are generated to empty the oxygen store. If it is determined that the oxygen store is to be kept, there is no intervention via the fuzzy controller and the standard forced excitation is present. If it is determined that the oxygen store is to be filled, the fuzzy controller causes a predetermined number of lean exhaust gas packets to be generated.
  • 4. Exhaust gas composition error: The linear lambda probe in front of the catalytic converter detects that after a predetermined time If there is no passage of a fixed value from lean to rich or from rich to lean, the number of rich exhaust gas packets or lean exhaust gas packets is increased. The fuzzy controller therefore controls the forced excitation to generate a predetermined number of rich exhaust gas packets if the transition from lean to rich does not take place after a number of periodic lean-fat packets. In this case, if the number of lean exhaust gas packets measured is too large, a predetermined number of rich exhaust gas packets is generated. On the other hand, if the number of measured rich exhaust gas packets is too large, a predetermined number of lean exhaust gas packets is generated. If the fuzzy controller is actively engaged, the controller parameters are changed to stabilize the system to slow the controller down.

Claims (10)

Verfahren zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Lambda-Regelkreis, dessen Lambda-Sollwerten Lambda-Pulse über eine Zwangsanregung aufmoduliert werden, mit den folgenden Verfahrensschritten: – Abhängig von einem Lambda-Istwert und der Regelabweichung (28) zwischen Lambda-Istwert (10) und Lambda-Sollwert (20) werden Steuersignale (36) für die Zwangsanregung (42) bestimmt, die durch entsprechende Lambda-Pulse den Lambda-Sollwerten aufmoduliert werden, – wobei das Steuersignal (36) für die Zwangsanregung mit einem Ausgangssignal des Lambda-Regelkreises verglichen und der Lambda-Sollwert auf vorbestimmte Maximal- oder Minimalwerte begrenzt wird.Method for lambda control in an internal combustion engine with a closed lambda control circuit, whose lambda setpoints are modulated on lambda pulses via forced excitation, with the following method steps: - Depending on an actual lambda value and the control deviation ( 28 ) between actual lambda value ( 10 ) and Lambda setpoint ( 20 ) control signals ( 36 ) for forced stimulation ( 42 ), which are modulated onto the lambda target values by corresponding lambda pulses, - the control signal ( 36 ) for the forced excitation with an output signal of the lambda control circuit and the lambda setpoint is limited to predetermined maximum or minimum values. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gespeicherte Sauerstoff des Katalysators modelliert wird und die Ausgangswerte des Lambda-Reglers derart begrenzt werden, dass eine nahezu vollständige Konvertierung der Abgasbestandteile erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that the stored oxygen of the catalyst is modeled and the Output values of the lambda controller are limited such that an almost full Conversion of the exhaust gas components takes place. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (36) für die Zwangsanregung abhängig vom Fahranforderungsprofil (58) bestimmt werden.Method according to claims 1 to 3, characterized in that the control signals ( 36 ) for forced stimulation depending on the driving requirement profile ( 58 ) can be determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahranforderungsprofil (58) mindestens zwischen Beschleunigung, neutral und Verzögerung unterscheidet.A method according to claim 3, characterized in that the driving requirement profile ( 58 ) distinguishes at least between acceleration, neutral and deceleration. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (36) für die Zwangsanregung zusätzlich abhängig von dem Motorbe triebszustand und/oder Motorbetriebspunkt bestimmt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control signals ( 36 ) can also be determined for the positive excitation depending on the engine operating state and / or engine operating point. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Motorbetriebszustand und/oder den Motorbetriebspunkt für eine Sauerstoffspeichermanipulation mindestens zwischen Sauerstoffspeicher Entleeren, Halten und Füllen unterschieden wird.A method according to claim 5, characterized in that for the engine operating condition and / or the engine operating point for an oxygen storage manipulation at least between oxygen storage Empty, hold and fill is distinguished. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Abgaszusammensetzungsfehler überwacht werden, indem ausgehend von der zeitlichen Vorgabe der Sollwerte zusätzlich verglichen wird, ob die zu erwartenden Übergänge zwischen fett und mager sich entsprechend einstellen.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that in addition Exhaust gas composition error monitored are additionally compared by starting from the set times is whether the expected transitions between fat and lean adjust accordingly. Vorrichtung zur Lambda-Regelung bei einer Brennkraftmaschine mit einem Lambda-Regler (30), dessen Lambda-Sollwert (20) von Lambda-Pulsen über eine Zwangsanregung (42) überlagert sind, mit folgenden Merkmalen: – Ein Fuzzy-Controller (54) ist vorgesehen, der Steuersignale (36) für die Zwangsanregung abhängig von einer Regelabweichung zwischen Lambda-Istwert und Lambda-Sollwert bestimmt, und – ein Reglerausgangsmanager (34) ist vorgesehen, der den im Katalysator gespeicherten Sauerstoff modelliert und den Lambda-Sollwert auf vorbestimmte Maximal- oder Minimalwerte begrenzt.Device for lambda control in an internal combustion engine with a lambda controller ( 30 ) whose lambda setpoint ( 20 ) of lambda pulses via forced excitation ( 42 ) are superimposed with the following features: - A fuzzy controller ( 54 ) is provided, the control signals ( 36 ) determined for the forced excitation depending on a control deviation between the actual lambda value and the desired lambda value, and - a controller output manager ( 34 ) is provided, which models the oxygen stored in the catalytic converter and limits the desired lambda value to predetermined maximum or minimum values. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuzzy-Controller (54) zusätzlich ein Fahranforderungsprofil (58) berücksichtigt.Device according to claim 8, characterized in that the fuzzy controller ( 54 ) also a driving requirement profile ( 58 ) considered. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuzzy-Controller (54) abhängig von dem Motorbetriebszustand und/oder Motorbetriebspunkt die Steuersignale bestimmt.Device according to claim 8 or 9, characterized in that the fuzzy controller ( 54 ) determines the control signals depending on the engine operating state and / or engine operating point.
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