DE19860463A1

DE19860463A1 - Verfahren zur Erfassung des Gemischvorsteuerwertes mit einer 2-Punkt-Lambda-Sonde

Info

Publication number: DE19860463A1
Application number: DE19860463A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: DE19860463B4; JP2000192835A; IT1314149B1; ITMI992661A1; ITMI992661A0

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches eines Verbrennungsmotors beim Betrieb mit einem vorgegebenen Sollabstand zum Lambda gleich Eins, bei dem der Istabstand zu Lambda gleich 1 durch vorübergehendes Verstellen der Zusammensetzung und Auswerten der resultierenden Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird und bei dem zunächst eine sprungförmige Verstellung um einen definierten Wert in Richtung zu Lambda gleich 1 erfolgt und anschließend mit definierter Änderungsgeschwindigkeit der Lambdawert weiter verändert wird, bis eine Reaktion der Lambdasonde auftritt und bei dem der Istabstand aus dem Wert der sprungförmigen Verstellung, der Änderungsgeschwindigkeit und der Zeit bis zur Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft die Erfassung und Einstellung des Gemischvorsteuerwertes für Kraftstoff/Luft-Gemische ungleich 1 mit einer 2-Punkt-Lambda-Sonde.

Eine Erfassung von Lambdawerten ungleich 1 mit einer 2- Punkt-Lambda-Sonde ist bereits aus der US 4 377 143 bekannt. Nach dem bekannten Verfahren werden bspw. Kraftstoffeinspritzventile mit Öffnungsimpulsbreiten angesteuert, die in Verbindung mit der angesaugten Luftmenge ein mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch ergeben sollen. Im Verbrennungsabgas befindet sich eine sogenannte 2-Punkt Lambdasonde. Darunter wird eine Lambdasonde verstanden, deren Signal nur anzeigt, ob das verbrannte Gemisch in Relation zur stöchiometrischen Zusammensetzung einen Überschuß an Kraftstoff (fett) oder einen Überschuß an Luft (mager) anzeigt, ohne das jeweilige Ausmaß der Abweichung anzuzeigen. Zur Feststellung des Betrages der Abweichung erfolgt eine erste impulsartige Anfettung, die so berechnet ist, daß die resultierende Zusammensetzung bei richtiger Einstellung des Ausgangsgemisches gerade noch mager bleibt. Unmittelbar nach dem ersten Anfettungsimpuls erfolgt ein zweiter definierter Anfettungsimpuls, der zu gerade fettem Gemisch führen soll. Wenn die 2-Punkt- Lambdasonde beim ersten Impuls noch nicht reagiert und beim zweiten Impuls reagiert, liegt die Zusammensetzung des Ausgangsgemisches auf dem gewünschten Niveau. Reagiert die Sonde bereits beim ersten (kleinen) Anfettungsimpuls, war das Ausgangsgemisch nicht mager genug. Reagiert sie beim zweiten Impuls dagegen noch nicht, war das Ausgangsgemisch zu mager. War die Ausgangszusammensetzung zu mager, wird sie in der Folge langsam angefettet und nach einer Verzögerungszeit von etwa 20 Sekunden erfolgt erneut eine zweifache impulsartige Anfettung. Dieses Verfahren wir wiederholt, bis die Ausgangszusammensetzung vor den Probeimpulsen dem gewünschten Wert entspricht.

Dieses Verfahren eignet sich aufgrund des mit ihm verbundenen Zeitaufwandes bspw. für eine Mager- oder Fettregelung, bei der für längere Zeiträume ein Lambda ungleich Eins einzustellen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens, mit der ein gewünschter Abstand von Lambda gleich Eins schneller überprüfbar und einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Erfindung eine schnellere Erfassung des Abstandes vom Lambda gleich Eins- Wert ermöglicht.

Der Hintergrund dieses Vorteils besteht darin, daß die zur Schadstoffkonvertierung in Kraftfahrzeugen eingesetzten Katalysatoren erst oberhalb einer Mindestbetriebstemperatur mit einer nennenswerten Konvertierungsrate arbeiten. Zur Aufheizung nach einem Kaltstart wird der Motor zunächst so fett betrieben, daß im Abgas noch unverbrannter Kraftstoff vorhanden ist. Zusätzlich wird hinter die Auslaßventile Frischluft durch eine Sekundärluftpumpe geblasen, die mit dem Kraftstoff im Abgas exotherm reagiert und damit den Katalysator aufheizt. Um den erwünschten Heizeffekt zu erzielen, muß der Anfettungsgrad für das Gemisch, mit dem der Motor in der Aufheizphase betrieben wird, auf die Menge der eingeblasenen Luft abgestimmt sein.

In diesem Zusammenhang ist das schnelle Erfassen der Gemischzusammensetzung wichtig, weil bspw. im Betrieb des Verbrennungsmotors mit Sekundärluftpumpe nach einem Start nur eine kurze Zeitspanne zur Erfassung zur Verfügung steht. Der Beginn der Zeitspanne wird durch das Einsetzen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde definiert. Dies ist nach ca. 10 Sekunden der Fall. Die Sekundärluftpumpe wird bspw. im FTP-Test nach einem Start nur etwa 15 Sekunden in stabilem Zustand betrieben, so daß nur etwa 5 Sekunden zur Erfassung zur Verfügung stehen. Außerdem kann während der Zeit, in der das Lambda gesucht wird, das gewünschte Lambda nicht realisiert werden. In dieser Zeit findet unter Umständen keine exotherme Reaktion statt, so daß der Aufheizungsprozeß unerwünschterweise stagniert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbsp. der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung. Fig. 2 stellt den zeitlichen Verlauf von Lambda bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert einen Verbrennungsmotor mit Saugrohr 2, Abgasrohr 3, Katalysator 4, Abgassonde 5, Sekundärluftpumpe 6, Drehzahlsensor 7, Einspritzventilanordnung 8, Luftmengenmesser 9, Drosselklappe 10 und Steuergerät 11.

Das Mittel 4 erfaßt die von dem Motor angesaugte Luftmenge ml, die mit der Drosselklappe 5 beeinflußbar ist. Aus Luftmenge ml und Drehzahl n bildet das Steuergerät 11 einen Vorsteuerwert tl als Basisimpulsbreite zur Ansteuerung der Einspritzventilanordnung 8. Der Wert tp kann noch durch andere Größen, bspw. durch eine Korrektur auf der Basis des Lambdasignals vom Abgassensor 5 zum Einspritzbefehl ti korrigiert werden. Bei einer Katalysatoraufheizstrategie mit einer Sekundärluftpumpe 6 bläst diese Luft in das Abgas hinter den Auslaßventilen des Verbrennungsmotors. Der Sauerstoffanteil der eingeblasenen Luft reagiert mit überschüssigem Kraftstoff im Abgas und heizt das Abgas und den Katalysator auf. Dazu wird ein bestimmtes Lambda kleiner 1, bspw. Lambda gleich 0,6 benötigt. Man spricht in diesem Fall von einem sogenannten Fettkonzept mit Sekundärluftpumpe zur Aufheizung des Katalysators. Alternativ dazu gibt es auch Magerkonzepte ohne Sekundärluftpumpe. Die gestrichelte Darstellung der Sekundärluftpumpe 6 in der Fig. 1 deutet an, daß die Erfindung sowohl mit als auch ohne Sekundärluftpumpe zu realisieren ist. Wesentlich ist in beiden Alternativen, daß ein gewünschtes Lambda mit einem gewünschten Abstand zu Lambda gleich 1 eingestellt werden kann, und daß die Einhaltung des Abstandes mit einer 2-Punkt-Lambdasonde, deren Signalpegel sich bei Lambda gleich 1 sprungförmig ändert, überwacht werden kann.

Nach einem Kaltstart wird die Einspritzzeit bei noch nicht betriebsbereiter Lambdasonde zunächst gesteuert ausgegeben. Das heißt, das im wesentlichen aus ml und n eine Einspritzimpulsbreite ti geformt wird. Die Parameter, die zum gewünschten Lambda von bspw. 0,6 führen, sind im Steuergerät zwar prinzipiell bekannt, aber mit Toleranzen behaftet. Diese Toleranzen können auf Langzeiteffekten beruhen, wie dem spezifischen Luftbedarf des Motors bei bspw. 20°Celsius oder weitere Abhängigkeiten aufweisen, wie die Abhängigkeit der Sekundärluftpumpenleistung von der Batteriespannung und/oder vom Abgasgegendruck.

Um diese spezifischen Toleranzen in der Kaltphase schnell zu erfassen und entsprechend richtig die Einspritzzeit auszugeben.

Erfindungsgemäß wird dazu mit einer 2-Punkt-Lambdasonde der Lambda gleich 1 Punkt gesucht, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.

Der Darstellung der Fig. 2 liegt die Situation eines Kaltstarts bei bspw. 20°Celsius zugrunde. Das Wunschlambda beträgt Lambda gleich 0,6. Aufgrund von Toleranzen stellt sich anfänglich ein kleineres Lambda ein. Zu Beginn des Suchvorgangs erfolgt eine sprungartige Verstellung des Lambdawertes in Richtung zum Lambda gleich 1 Wert. In erster Näherung kann als Sprungweite der Sollabstand zu Lambda gleich 1 verwendet werden. Im dargestellten Fall reicht dies noch nicht aus, um den Lambda gleich 1 Wert zu erreichen. D. h.: Das Signal US der Zweipunktsonde 5 bleibt, wie in Fig. 2b dargestellt, zunächst auf dem hohen Signalpegel. Im Anschluß an den Sprung läuft ein schneller Integrator in Richtung Lambda gleich 1. Parallel wird die Laufzeit des Integrators erfaßt. Die mit anderen Worten: Im dargestellten Fall erfolgt bspw. zunächst eine sprungförmige und dann eine stetige Verkürzung der Einspritzimpulsbreiten. Beim Wechsel des Sondensignalpegels in Fig. 2b wird der Integrator gestoppt. Aus der Sprunghöhe, der Integratorsteigung und der Integratorlaufzeit läßt sich der ursprüngliche Istabstand zu Lambda gleich 1 berechnen. Im dargestellten Fall war er zu groß, das Gemisch wird mit Lambda < 0,6 fetter als gewünscht. Da beim Finden des Lambda gleich 1 Punktes die Parameter (ti und ml) bekannt sind, können in der Folge die Parameter ti und ml, die zu dem gewünschten Lambda gleich 0,6 führen, berechnet und in der Folge benutzt werden. Für eine Adaption, d. h. für eine Anpassung gespeicherter Parameter an die vorhandenen Toleranzen ist es wichtig, daß der Suchprozeß bei definierten Bedingungen durchgeführt wird. Beispiel: Die Motortemperatur beträgt 20°Celsius und die Batteriespannung wird berücksichtigt.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches eines Verbrennungsmotors beim Betrieb mit einem vorgegebenen Sollabstand zu Lambda gleich Eins,
bei welchem Verfahren der Istabstand zu Lambda gleich 1 durch vorübergehendes Verstellen der Zusammensetzung und Auswerten der resultierenden Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- zunächst eine sprungförmige Verstellung um einen definierten Wert in Richtung zu Lambda gleich 1 erfolgt und anschließend mit definierter Änderungsgeschwindigkeit der Lambdawert weiter verändert wird, bis eine Reaktion der Lambdasonde auftritt
- und daß der Istabstand aus dem Wert der sprungförmigen Verstellung, der Änderungsgeschwindigkeit und der Zeit bis zur Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Lambdasonde eine Kennlinie mit Sprungcharakteristik bei Lambda gleich 1 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Durchführung in der Phase des Warmlaufs nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte Istabstand mit dem Sollabstand verglichen wird, und daß im Fall einer Abweichung die Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr im Sinne einer Angleichung beider Abstände verändert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsteuerwerte für die Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, durch den ermittelten Istabstand zu Lambda gleich 1 korrigiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verbrennungsmotor mit Sekundärluftpumpe und Lambdasonde

- nach einem Start des Verbrennungsmotors und nachfolgendem vorübergehenden Betrieb der Sekundärluftpumpe
- der Zeitbereich zwischen dem Erreichen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde und dem Ausschalten der Sekundärluftpumpe zur Ermittlung des Istabstandes genutzt wird.