EP2142784B1 - Lambda-regelung mit einer kennlinienadaption - Google Patents

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EP2142784B1
EP2142784B1 EP08734800.9A EP08734800A EP2142784B1 EP 2142784 B1 EP2142784 B1 EP 2142784B1 EP 08734800 A EP08734800 A EP 08734800A EP 2142784 B1 EP2142784 B1 EP 2142784B1
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EP
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probe
lambda
internal combustion
combustion engine
mixture
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Hermann Hahn
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Volkswagen AG
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    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2474—Characteristics of sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for ⁇ -control in an internal combustion engine with an engine control for mixture formation and arranged in an exhaust system of the combustion engine ⁇ -probe for generating an oxygen content of a guided in the exhaust system exhaust gas by means of a stored characteristic characterizing probe signal.
  • Procedures for ⁇ control in internal combustion engines can be used to reduce the emissions of harmful gases into the environment.
  • at least one catalyst can be arranged in the exhaust system of the internal combustion engine. In order to keep the catalyst in an optimal operating point, it is necessary to control the mixture preparation of the internal combustion engine with the aid of a ⁇ -control so that, at least in the mean value, a regulated ⁇ -value which is as close as possible to 1.0.
  • a ⁇ probe can be arranged in the exhaust system of the internal combustion engine.
  • a probe signal of the ⁇ probe can be assigned to an associated ⁇ value by means of a characteristic curve.
  • ⁇ -probe a ⁇ -deviation which is included as an offset or temporal impact on a period in the front ⁇ control.
  • a ⁇ -probe a ⁇ -deviation which is included as an offset or temporal impact on a period in the front ⁇ control.
  • the track behavior of the ⁇ control loop is modeled, wherein the sensor delay time is included in the model as a model parameter. It is further described that aging and / or poisoning phenomena reduce the sensor delay time, i. the ⁇ -probe slows down. This also changes the amplitude gain above a cutoff frequency, which depends on the probe aging. By evaluating the ratio of the amplitude gain of the model and of the actual system, an adaptation of the model parameter sensor delay time can then take place.
  • the US 5,777,204 A refers to a method by which an inactive state of an "air-fuel ratio" sensor can be determined with certainty, whereby incorrect output data of such a sensor can be avoided. Furthermore, the possibility of performing an adaptation of this curve by a displacement along the ordinate is described.
  • the US 5,778,866 A relates to an "air-fuel ratio detecting system" of an internal combustion engine having, inter alia, means for determining a characteristic variation of the output signal of the sensor relative to a variation of the air-fuel radio of an air-fuel mixture. Further, the system includes means for forming correction data related to the mentioned variation characteristic, the correction being made when the fuel supply is cut off.
  • the US 5,551,410 A relates to a control system for the supply of fuel to an internal combustion engine, wherein a current dynamic response of the system is determined in comparison to a predetermined dynamic response. This is not about adapting a ⁇ characteristic, but about bringing the system response back into a predetermined range by changing the supply of fuel.
  • the DE 10 2006 017 863 B3 relates to a method for adjusting a fuel-air mixture by means of a two-point regulator.
  • the switching point of the two-position controller is adapted.
  • the switching point of the two-point controller is shifted in the direction of the desired, deviating from the stoichiometric ratio ⁇ value, wherein the oscillation of the measuring signal of the ⁇ -probe is added to the switching point and a constant control stroke is secured.
  • the method is based on the recognition of a correlation of the residual ripple for a given control stroke with a assignable ⁇ value, wherein the ⁇ control takes place on the measured variable of the residual ripple.
  • the object of the invention is to provide an improved ⁇ control in an internal combustion engine, in particular with an improved evaluation of a probe signal of an A probe.
  • the object is in a method for ⁇ control in an internal combustion engine with an engine control for mixture formation and arranged in an exhaust system of the internal combustion engine A-probe for generating an oxygen content of a guided in the exhaust system exhaust gas by means of a stored characteristic characterizing probe signal, by the following steps solved: Pre-control of mixture changes of the internal combustion engine by means of the engine control and adapting the stored characteristic of the ⁇ -probe using the pilot-controlled mixture changes.
  • a high level of effectiveness of exhaust gas cleaning measures is necessary. This can serve as accurate as possible adjustment of the exhaust gas composition of the internal combustion engine, wherein a catalyst located in the exhaust system can work as effectively as possible.
  • the catalyst for example, a three-way catalyst
  • this can be acted upon with exhaust gas, which alternately by means of the mixture changes a slight excess of fuel (fat) or a slight oxygen excess (lean).
  • Such mixture changes are also referred to as ⁇ modulation.
  • the pilot-controlled, ie known mixture changes for adapting the stored characteristic of the ⁇ -probe can be used.
  • the ⁇ -probe can be, for example, a jump ⁇ -probe, which works according to the Nernst principle.
  • Such ⁇ probes generally have a very flat characteristic with lean or rich exhaust gas composition, which can be subject to tolerances, in particular in the case of aging of the probe.
  • the known - since pilot-controlled - mixture changes can be used to adapt the characteristic of such a jump ⁇ probe, this despite possible existing tolerances and / or aging phenomena, the determination of a more accurate ⁇ value, especially at lean and / or fat Exhaust gas composition allows.
  • a pilot-controlled mixture change or ⁇ modulation a deterioration in the conversion performance of the catalyst due to tolerances and / or errors in the characteristic curve can be avoided.
  • a long-term stable good conversion performance of the catalyst can be achieved despite the use of relatively inexpensive jump ⁇ probes.
  • the method further comprises the step of: piloting the mixture changes as A-modulation.
  • the changes in the mixture may be an increase and a reduction in the amount of fuel used in any case for ⁇ controls, for example by +/- 2%.
  • the adaptation of the stored characteristic during normal operation of the internal combustion engine can be made. A special, different from the usual control of the mixture changes pilot control is not necessary.
  • the method further comprises the step of: correlating a signal change of the ⁇ -probe with the pilot-controlled mixture changes.
  • the exhaust system in particular due to the duration of the exhaust gas and mixing effects, acts as a delay element, so that the pilot-controlled mixture changes cause time-shifted corresponding signal changes of the ⁇ -probe.
  • this time delay can be estimated based on the course of the signal changes of the ⁇ -probe and / or additionally by knowing the dimensioning of the exhaust system and the exhaust gas mass flow guided therein for correlating.
  • the method further comprises the step of: relating to a maximum difference of an amount of fuel pilot-controlled in the piloting of the mixture changes to a resulting maximum signal change of the ⁇ -probe.
  • the delay time or transit time of the exhaust gas can thereby be determined, wherein advantageously a signal value corresponding to a specific fuel quantity can be determined.
  • the method further comprises the step of: changing the amount of fuel from a stoichiometric mixture composition.
  • the change in the amount of fuel for example, +/- 2%, for example via a piloted ramp occur.
  • the method also comprises the following step: Determining an extreme value of the probe signal temporally following the change of the fuel quantity.
  • a time stamp can be set.
  • the method further comprises the following step: determining a pair of values of the extreme value of the probe signal at an extreme value of the fuel quantity which precedes this time. At the previous extreme value of the amount of fuel, a time signal can also be set, resulting in the delay time from the time difference.
  • a value pair of the characteristic curve of the used ⁇ -probe can be determined by the respective determination of the extreme value of the pilot fuel quantity and of the probe signal. Due to the basically known pilot-controlled amount of fuel, it is possible to assign a theoretical calculable ⁇ value to the extreme value of the fuel quantity. This calculated or expected A-value can be assigned to the probe signal via the value pair.
  • the method further comprises the following step: adapting the characteristic to the value pair.
  • it can be checked whether the determined value pair is element of the stored characteristic curve. If this is not the case, ie the characteristic curve for the probe signal associated with the value pair would result in a deviating ⁇ value, the characteristic curve can advantageously be adapted such that the precalculated ⁇ value lies on the characteristic curve.
  • the adaptation of the characteristic can be done in various ways, for example by a parallel shift of the characteristic, by shifting certain parts of the characteristic, for example in a rich and / or lean area and / or by replacing the characteristic or at least a portion of the characteristic previously known, for example by long-term measurements determined characteristics of aged ⁇ probes.
  • the method further comprises the step of: determining the value pair in a rich mixture composition.
  • an area of the characteristic curve for measured values ⁇ ⁇ 1 can thus be adapted particularly well.
  • a further embodiment of the method comprises the following step: adapting the stored characteristic after the occurrence of a release condition, in particular at least one of the following release conditions: the internal combustion engine is at an approximately constant speed / load point, a mixture adaptation of the internal combustion engine has settled, the ⁇ control is settled, a tank ventilation of the internal combustion engine is deactivated and / or an engine temperature of the internal combustion engine is in a predetermined range.
  • the object is also achieved by carrying out the method described above in the normal driving operation of the motor vehicle or in a diagnostic operation.
  • the object is finally with a motor vehicle with an internal combustion engine with a motor control, designed and / or set up to carry out a method as described above.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a method for ⁇ -control in an internal combustion engine 1.
  • the engine control unit 5 has, among other components, not shown, an adaptation device 6, a front controller 7 of the front control loop 2 and a rear regulator 9 of the rear control circuit 3.
  • the front controller 7 of the engine control unit 5 controls the mixture formation of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 discharges its exhaust gas into an exhaust system 11 having a catalyst 13 with a first A probe 15 and a second A probe 17.
  • the first ⁇ probe 15 is in the exhaust path of the exhaust system 11 upstream of the catalyst 13.
  • the second ⁇ -probe 17 is connected downstream of the catalyst 13 in the exhaust path of the exhaust system 11.
  • the first ⁇ probe 15 supplies a probe signal 19, which is supplied to the front controller 7 after subtraction of a set value 21.
  • the second ⁇ -probe 17 supplies a rear probe signal 23, which is fed to the rear controller 9.
  • the rear controller 9 generates from this a control signal 25, which is additionally added to the setpoint 21. Consequently, the rear controller 9 causes a change in the setpoint value 21 before it is subtracted from the probe signal 19.
  • the first ⁇ probe 15 may be, for example, a jump A probe according to the Nernst principle.
  • the applied control method of the front loop 2 may be designed, for example, as a two-point crizvertahren, wherein mixture changes as ⁇ modulation be pre-controlled.
  • the amount of fuel can be increased or decreased alternately by +/- 2%.
  • the second ⁇ probe 17 may be, for example, a broadband ⁇ probe.
  • FIG. 2 shows a characteristic curve 27 of a jump ⁇ -probe. Characteristics of broadband ⁇ probes provide a comparatively good signal resolution even at ⁇ not equal to 1.
  • FIG. 2 symbolizes an x-axis 29 a ⁇ -value and a y-axis 31 an associated signal value of a probe signal of the broadband A-probe.
  • FIG. 3 shows a characteristic 35 of a jump ⁇ -probe with a pair of values 37 for adapting the characteristic curve 35.
  • On an x-axis 36 is the size ⁇ and on a y-axis 38 is a probe signal or a signal characterizing the probe signal, for example a voltage, applied.
  • the value pair 37 corresponds to an A value of 0.98 and the associated probe signal.
  • the probe signal may be, for example, the front probe signal 19 of the first A probe 15.
  • the characteristic curve 35 is located within a region 39.
  • the region 39 runs in the rich mixture-forming region, that is to say for probe signals which correspond to a ⁇ ⁇ 1.
  • the area 39 places in FIG. 3 the characteristic curve 35 can be adapted within the range 39 or selected within the range 39 such that the characteristic 35 runs through the value pair 37, ie the value pair 37 is element of the characteristic 35.
  • FIG. 4 shows a graph of a first time profile 41 of a pilot-controlled mixture change in comparison with a corresponding second time profile of a resulting probe signal, for example the front probe signal 29, as shown in FIG FIG. 4
  • the ramps 45 always start in a rising or falling direction from a stoichiometric mixture formation in order to jump back to the jumps 47 for stoichiometric mixture formation.
  • a value pair 37 as in FIG. 3 is shown at a time in FIG. 4 is marked with t 1 and corresponds to an extreme value 49 of the first time course 41 of the pilot-controlled mixture formation, set a time.
  • the extreme value 49 corresponds in the present example to a ⁇ value of 0.98.
  • an extreme value 51 of the second time course 43 of the front probe signal 19 is determined. From the time difference between the time marked t 1 and a time marked t 2 , which corresponds to the extreme value 51, a delay time, which in FIG. 4 with t v identified.
  • a value pair results, namely from the extreme values 49 and 51.
  • the pre-controlled ⁇ value of 0.98 can be a value of the front probe signal, 19 at the time of the extreme value 51 be assigned.
  • This value pair which is thus determined, for example, by means of the adaptation device 6 of the motor control 5, can advantageously be used to adapt the in FIG. 3 shown characteristic curve 35 are determined, for example, also in the adaptation device 6.
  • the characteristic 35 may be stored in the engine controller 5.
  • the characteristic 35 currently stored at the time of determining the value pair 37 can be checked to see whether the determined value pair 37 is element of the characteristic 35. If this is not the case at the time the value pair 37 is determined, a new characteristic can be determined and stored by the adaptation device 6, which is adapted such that the value pair 37 is again an element of the characteristic curves 35.
  • the characteristic curve 35 in the rich region can be adjusted by this checking and adaptation such that, despite possible temporal changes and / or tolerances, it also assigns a comparatively precise ⁇ value to the measured front probe signal 19 in the region of a rich mixture formation.
  • the characteristic curve 35 of the first ⁇ probe 15, which may be designed as a Nernst probe, is adapted with the aid of the known mixture changes of the internal combustion engine 1.
  • the mixture changes are also referred to as ⁇ modulation, wherein the amount of fuel is increased or decreased by, for example, +/- 2%.
  • ⁇ modulation wherein the amount of fuel is increased or decreased by, for example, +/- 2%.
  • t v With a certain time delay, in FIG. 4 is denoted by t v , and resulting from the installation of the first A-probe 15 and the running time of the guided in the exhaust system 11 exhaust gas, the front probe signal 19 reacts to this mixture change.
  • the signal change of the first ⁇ -probe 15 can be correlated with the pilot fuel quantity. This can be done by taking into account the maximum difference of the pilot fuel quantity in FIG.
  • the engine control 5 of the internal combustion engine 1 increases the mixture composition to a maximum value of + 2% starting from a stoichiometric mixture composition along the ramp 45 by adding an additional amount of fuel. Subsequently, this factor along the jump 47 of the first time course 41 again reduced. This increase by 2% corresponds to a minimum value of a mixture of 0.98, eg at time t 1 , as in FIG. 4 shown.
  • the front probe signal 19 reacts with a signal increase.
  • the extreme value 51 which represents a maximum value of the front probe signal 19 and results at time t 2 , can now be added to or assigned to the set mixture ⁇ of 0.98. This results in the value pair 37, by means of which a correction of the characteristic 35 of the first ⁇ -probe 15 can be made, such as in FIG. 3 shown.
  • the release of this adaptation can be made dependent on different release conditions.
  • the adaptation can, for example, only be started when the internal combustion engine 1 is operated at an approximately constant speed / load point, a mixture adaptation of the internal combustion engine 1 has settled, the ⁇ control has settled, a tank ventilation of the internal combustion engine is deactivated and / or an engine temperature of the internal combustion engine is within a predetermined range.
  • the signal of a Nernst ⁇ probe can also be used directly in regions A not equal to 1 for downstream methods which, for example, can also be implemented in the motor control 5.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung zur Gemischbildung und einer in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten λ-Sonde zur Erzeugung eines einen Sauerstoffgehalt eines in der Abgasanlage geführten Abgases mittels einer hinterlegten Kennlinie charakterisierenden Sondensignals. Verfahren zur λ-Regelung bei Verbrennungsmotoren können eingesetzt werden, um die Emissionen schädlicher Abgase in die Umwelt zu reduzieren. Dazu kann in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors zumindest ein Katalysator angeordnet werden. Um den Katalysator in einem optimalen Betriebspunkt zu halten, ist es notwendig, die Gemischaufbereitung des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer λ-Regelung so zu steuern, dass sich zumindest im Mittelwert ein geregelter λ-Wert ergibt, der möglichst nahe bei 1,0 liegt. Zum Generieren eines λ-Wertes kann in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors eine λ-Sonde angeordnet sein. Zur Ermittlung des A-Wertes kann mittels einer Kennlinie ein Sondensignal der λ-Sonde einem zugehörigen λ-Wert zugeordnet werden.
  • Zur Korrektur einer ungenauen λ-Wert-Messung stromauf des Katalysators kann man stromab des Katalysators mittels einer λ-Sonde eine λ-Abweichung ermitteln, weiche als Offset oder zeitlicher Aufschlag auf eine Periodendauer in die vordere λ-Regelung eingerechnet wird. Beispielweise ist aus der DE 38 37 984 A1 bekannt, das Signal einer hinter dem Katalysator angeordneten Sonde mit einem Sollwert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis den Sollwert der vorderen λ-Regelung zu beeinflussen.
  • Ferner wird in der DE 43 20 881 A1 eine Kombination einer λ-Sonde mit sprungförmiger beziehungsweise binärer Sondencharakteristik mit einer weiteren λ-Sonde gezeigt, wobei beide Sonden in unmittelbarer Nachbarschaft zu einander angeordnet sind. Daneben offenbart die EP 1143132 die Korrektur der Kennlinie einer Breitband-Lambdasonde.
  • Aus der DE 198 44 994 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose einer λ-Sonde mit stetiger Charakteristik bekannt. Das Ausgangssignal dieser λ-Sonde wird als Eingangsgröße eines A-Regelungskreises verwendet. Dabei werden einem geforderten Wert für ein Luft-Kraftstoffverhältnis periodische Zwangsanregungen mit vorgegebener Frequenz und Amplitude überlagert.
  • Mittels eines Modells wird das Streckenverhalten des λ-Regelungskreises nachgebildet, wobei als Modellparameter die Sensorverzögerungszeit in dem Modell beinhaltet ist. Ferner wird beschrieben, daß durch Alterungs- und/oder Vergiftungserscheinungen sich die Sensorverzögerungszeit vermindert, d.h. die λ-Sonde langsamer wird. Damit ändert sich auch die Amplitudenverstärkung oberhalb einer Grenzfrequenz, die abhängig von der Sondenalterung ist. Durch Bewerten des Verhältnisses der Amplitudenverstärkung des Modells und des tatsächlichen Systems kann dann eine Anpassung des Modellparameters Sensorverzögerungszeit erfolgen.
  • Die US 5,777,204 A bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem sicher ein inaktiver Zustand eines "air-fuel ratio"-Sensors ermittelt werden kann, womit inkorrekte Ausgangsdaten eines derartigen Sensors vermieden werden können. Des weiteren ist die Möglichkeit, eine Adaption dieser Kurve durch eine Verschiebung entlang der Ordinate vorzunehmen beschrieben.
  • Die US 5,778,866 A betrifft ein "air-fuel ratio detecting system" eines Verbrennungsmotors, das u.a. Mittel aufweist, um eine charakteristische Variation des Ausgangssignal des Sensors relativ zu einer Variation des "air-fuel radio" eines Luftkraftstoffgemischs zu bestimmen. Ferner umfaßt das System Mittel, um Korrekturdaten mit Bezug auf die erwähnte Variationscharakteristik zu bilden, wobei die Korrektur bei abgeschalteter Kraftstoffzuführung vorgenommen wird.
  • Die US 5,551,410 A betrifft ein Kontrollsystem für die Zufuhr von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, wobei eine aktuelle dynamische Antwort des Systems im Vergleich zu einer vorgegebenen dynamischen Antwort ermittelt wird. Dabei geht es nicht um das Adaptieren einer λ-Kennlinie, sondern darum, durch eine geänderte Zufuhr von Kraftstoff die Antwort des Systems wieder in einen vorbestimmten Bereich zu bringen.
  • Die DE 10 2006 017 863 B3 betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Kraftstoff-Luftgemischs mittels eines Zweipunktreglers. Dabei wird der Schaltpunkt des Zweipunktreglers adaptiert. Der Schaltpunkt des Zweipunktreglers wird in Richtung des gewünschten, vom stöchiometrischen Verhältnis abweichenden λ-Wertes verschoben, wobei die Oszillation des Meßsignals der λ-Sonde um den Schaltpunkt aufgenommen und ein gleichbleibender Regelhub gesichert wird. Es wird ein Sollwert der Oszillation des Meßsignals der λ-Sonde um den jeweiligen Schaltpunkt vorgegeben und der Schaltpunkt des Zweipunktreglers derart verschoben, daß sich der Sollwert der Oszillation des Meßsignals der λ-Sonde einstellt. Das Verfahren basiert auf der Erkenntnis einer Korrelation der Restwelligkeit bei vorgegebenem Regelhub mit einem zuordenbaren λ-Wert, wobei die λ-Regelung auf die Meßgröße der Restwelligkeit erfolgt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere mit einer verbesserten Auswertung eines Sondensignals einer A-Sonde, bereitzustellen.
  • Erfingdungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung zur Gemischbildung und einer in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten A-Sonde zur Erzeugung eines einen Sauerstoffgehalt eines in der Abgasanlage geführten Abgases mittels einer hinterlegten Kennlinie charakterisierenden Sondensignals, durch folgende Schritte gelöst: Vorsteuern von Gemischänderungen des Verbrennungsmotors mittels der Motorsteuerung und Adaptieren der hinterlegten Kennlinie der λ-Sonde unter Verwendung der vorgesteuerten Gemischänderungen. Zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben an die zulässigen Abgasemissionen ist eine hohe Wirksamkeit von Abgasreinigungsmaßnahmen notwendig. Dazu kann eine möglichst genaue Einstellung der Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors dienen, wobei ein im Abgassystem befindlicher Katalysator möglichst wirkungsvoll arbeiten kann. Um eine möglichst gute Konvertierungsleistung des Katalysators, beispielsweise eines Dreiwegekatalysators, zu erreichen, kann dieser mit Abgas beaufschlagt werden, welches mittels der Gemischänderungen wechselnd einen leichten Kraftstoffüberschuss (fett) oder einen leichten Sauerstoffüberschuss (mager) aufweist. Solche Gemischänderungen werden auch als λ-Modulation bezeichnet. Vorteilhaft können die vorgesteuerten, also bekannten Gemischänderungen zum Adaptieren der hinterlegten Kennlinie der λ-Sonde verwendet werden. Bei der λ-Sonde kann es sich beispielsweise um eine Sprung-λ-Sonde, die nach dem Nernst-Prinzip arbeitet, handeln. Solche λ-Sonden weisen in der Regel bei magerer oder fetter Abgaszusammensetzung eine sehr flache Kennlinie auf, die, insbesondere bei einer Alterung der Sonde, toleranzbehaftet sein kann. Vorteilhaft können die bekannten - da vorgesteuerten - Gemischänderungen dazu verwendet werden, die Kennlinie einer solchen Sprung-λ-Sonde zu adaptieren, wobei diese trotz möglicher vorhandener Toleranzen und/oder Alterungserscheinungen die Ermittlung eines genaueren λ-Wertes, insbesondere bei magerer und/oder fetter Abgaszusammensetzung ermöglicht. Vorteilhaft kann insbesondere in Verbindung mit einer vorgesteuerten Gemischänderung beziehungsweise λ-Modulation eine Verschlechterung der Konvertierungsleistung des Katalysators aufgrund von Toleranzen und/oder Fehlern der Kennlinie vermieden werden. Vorteilhaft kann trotz der Verwendung vergleichsweise günstiger Sprung-λ-Sonden eine langzeitstabile gute Konvertierungsleistung des Katalysators erreicht werden. Es ist jedoch auch denkbar, mittels des Verfahrens eine hinterlegte Kennlinie einer Breitband-λ-Sonde zu adaptieren.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Vorsteuern der Gemischänderungen als A-Modulation. Bei den Gemischänderungen kann es sich um eine ohnehin für λ-Regelungen gebräuchliche Anhebungen und Absenkungen der Kraftstoffmenge handeln, beispielsweise um +/- 2 %. Vorteilhaft kann die Adaption der hinterlegten Kennlinie beim üblichen Betrieb des Verbrennungsmotors vorgenommen werden. Eine spezielle, von der üblichen Steuerung der Gemischänderungen abweichende Vorsteuerung ist nicht notwendig.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Korrelieren einer Signaländerung der λ-Sonde mit den vorgesteuerten Gemischänderungen. Üblicherweise wirkt die Abgasanlage, insbesondere aufgrund der Laufzeit des Abgases und Vermischungseffekten, als Verzögerungsglied, so dass die vorgesteuerten Gemischänderungen zeitversetzt entsprechende Signaländerungen der λ-Sonde hervorrufen. Vorteilhaft kann zum Korrelieren diese Zeitverzögerung anhand des Verlaufes der Signaländerungen der λ-Sonde und/oder zusätzlich durch Kenntnis der Dimensionierung der Abgasanlage sowie des darin geführten Abgasmassenstroms abgeschätzt werden.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: In Bezug setzen einer maximalen Differenz einer beim Vorsteuern der Gemischänderungen vorgesteuerten Kraftstoffmenge zu einer sich aus dieser ergebenden maximalen Signaländerung der λ-Sonde. Vorteilhaft kann dadurch die Verzögerungszeit beziehungsweise Laufzeit des Abgases ermittelt werden, wobei vorteilhaft ein einer bestimmten Kraftstoffmenge entsprechender Signalwert ermittelbar ist.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Ändern der Kraftstoffmenge ausgehend von einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung. Vorteilhaft kann beispielsweise mittels einer Sprung-A-Sonde der λ= 1-Punkt verhältnismäßig exakt ermittelt werden. Mithin kann auch dieser Punkt als Ausgangspunkt zur Änderung der Kraftstoffmenge vergleichsweise exakt ermittelt werden. Die Änderung der Kraftstoffmenge kann beispielsweise +/- 2 %, beispielsweise über eine vorgesteuerte Rampe, erfolgen.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Ermitteln eines auf die Änderung der Kraftstoffmenge zeitlich folgenden Extremwerts des Sondensignals. Vorteilhaft kann bei Erreichen des Extremwertes eine Zeitmarke gesetzt werden.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Ermitteln eines Wertepaares des Extremwerts des Sondensignals zu einem diesem zeitlich vorangegangenen Extremwert der Kraftstoffmenge. Bei dem vorangegangenen Extremwert der Kraftstoffmenge kann ebenfalls ein Zeitsignal gesetzt werden, wobei sich aus der Zeitdifferenz die Verzögerungszeit ergibt.
  • Vorteilhaft kann durch die jeweilige Extremwertbestimmung der vorgesteuerten Kraftstoffmenge und des Sondensignals ein Wertepaar der Kennlinie der verwendeten λ-Sonde ermittelt werden. Durch die grundsätzlich bekannte vorgesteuerte Kraftstoffmenge ist es möglich, dem Extremwert der Kraftstoffmenge einen theoretisch berechenbaren λ-Wert zuzuordnen. Dieser berechnete beziehungsweise erwartete A-Wert kann über das Wertepaar dem Sondensignal zugeordnet werden.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Adaptieren der Kennlinie in das Wertepaar. Vorteilhaft kann geprüft werden, ob das ermittelte Wertepaar Element der hinterlegten Kennlinie ist. Falls dies nicht der Fall ist, also die Kennlinie für den dem Wertepaar zugehörigen Sondensignal einen abweichenden λ-Wert ergeben würde, kann vorteilhaft die Kennlinie dahingehend adaptiert werden, dass der vorberechnete λ-Wert auf der Kennlinie liegt. Das Adaptieren der Kennlinie kann dazu auf verschiedene Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch eine Parallelverschiebung der Kennlinie, durch Verschieben bestimmter Teile der Kennlinie, beispielsweise in einem fetten und/oder mageren Bereich und/oder durch Ersetzen der Kennlinie oder zumindest eines Bereiches der Kennlinie durch vorbekannte, beispielsweise durch Langzeitmessreihen ermittelte Kennlinien gealterter λ-Sonden.
  • Das Verfahren weist ferner folgenden Schritt auf: Ermitteln des Wertepaares bei einer fetten Gemischzusammensetzung. Vorteilhaft kann dadurch ein Bereich der Kennlinie für Messwerte λ < 1 besonders gut adaptiert werden.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist folgenden Schritt auf: Adaptieren der hinterlegten Kennlinie nach Eintreten einer Freigabebedingung, insbesondere zumindest einer der folgenden Freigabebedingungen: Der Verbrennungsmotor befindet sich in einem annähernd konstanten Drehzahl-/Lastpunkt, eine Gemischadaption des Verbrennungsmotors ist eingeschwungen, die λ-Regelung ist eingeschwungen, eine Tankentlüftung des Verbrennungsmotors ist deaktiviert und/oder eine Motortemperatur des Verbrennungsmotors befindet sich in einem vorgegebenen Bereich.
  • Die Aufgabe ist außerdem durch die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges oder in einem Diagnosebetrieb gelöst.
  • Die Aufgabe ist schließlich mit einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung, ausgelegt und/oder eingerichtet zum Durchführen eines wie oben beschriebenen Verfahrens gelöst.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfofgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer λ-Regelung für ein Kraftfahrzeug;
    Figur 2
    eine Kennlinie einer Breitband-A-Sonde;
    Figur 3
    eine Kennlinie einer Sprung-A-Sonde mit einem Wertepaar zum Adaptieren der Kennlinie; und
    Figur 4
    ein Schaubild eines zeitlichen Verlaufs einer vorgesteuerten Gemischänderung im Vergleich zu einem korrespondierenden zeitlichen Verlauf eines sich daraus ergebenden Sondensignals.
  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor 1. Der nicht näher dargestellte Verbrennungsmotor 1 weist zur λ-Regelung in einem vorderen Regelkreis 2 und einem hinteren Regelkreis 3 eine gestrichelt angedeutete Motorsteuereinheit 5 auf. Die Motorsteuereinheit 5 weist neben anderen, nicht dargestellten Komponenten eine Adaptionsvorrichtung 6, einen vorderen Regler 7 des vorderen Regelkreises 2 sowie einen hinteren Regler 9 des hinteren Regelkreises 3 auf. Der vordere Regler 7 der Motorsteuereinheit 5 steuert die Gemischbildung des Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 entlässt sein Abgas in eine Abgasanlage 11 mit einem Katalysator 13 mit einer ersten A-Sonde 15 und einer zweiten A-Sonde 17. Die erste λ-Sonde 15 ist im Abgasweg der Abgasanlage 11 dem Katalysator 13 vorgeschaltet. Die zweite λ-Sonde 17 ist im Abgasweg der Abgasanlage 11 dem Katalysator 13 nachgeschaltet. Die erste λ Sonde 15 liefert ein Sondensignal 19, das dem vorderen Regler 7 nach Subtraktion eines Sollwertes 21 zugeführt wird. Die zweite λ-Sonde 17 liefert ein hinteres Sondensignal 23, das dem hinteren Regler 9 zugeführt wird. Der hintere Regler 9 generiert hieraus ein Stellsignal 25, das zusätzlich mit dem Sollwert 21 addiert wird. Mithin bewirkt der hintere Regler 9 eine Veränderung des Sollwertes 21, bevor dieser von dem Sondensignal 19 subtrahiert wird.
  • Bei der ersten λ-Sonde 15 kann es sich beispielsweise um eine Sprung-A-Sonde nach dem Nernst-Prinzip handeln. Das angewendete Regelverfahren des vorderen Regelkreises 2 kann beispielsweise als Zweipunkt-Regelvertahren ausgelegt sein, wobei Gemischänderungen als λ-Modulation vorgesteuert werden. Dazu kann beispielsweise die Kraftstoffmenge im Wechsel um +/- 2 % erhöht beziehungsweise verringert werden.
  • Bei der 2. λ-Sonde 17 kann es sich beispielsweise um eine Breitband-λ-Sonde handeln.
  • Figur 2 zeigt eine Kennlinie 27 einer Sprung-λ-Sonde. Kennlinien von Breitband-λ-Sonden liefern auch bei λ ungleich 1 eine vergleichsweise gute Signalauflösung. In Figur 2 symbolisiert eine x-Achse 29 einen λ-Wert und eine y-Achse 31 einen dazugehörigen Signalwert eines Sondensignals der Breitband-A-Sonde. Ferner ist in Figur 2 mit der Ziffer 1 ein λ = 1 -Punkt 33 eingezeichnet.
  • Figur 3 zeigt eine Kennlinie 35 einer Sprung-λ-Sonde mit einem Wertepaar 37 zum Adaptieren der Kennlinie 35. Auf einer x-Achse 36 ist die Größe λ und auf einer y-Achse 38 ein Sondensignal oder eine das Sondensignal kennzeichnende Größe, beispielsweise eine Spannung, aufgetragen. Das Wertepaar 37 entspricht einem A-Wert von 0,98 und dem dazugehörigen Sondensignals. Bei dem Sondensignal kann es sich beispielsweise um das vordere Sondensignal 19 der ersten A-Sonde 15 handeln. Die Kennlinie 35 befindet sich innerhalb eines Bereichs 39. Der Bereich 39 verläuft.im fetten Gemischbildungsbereich, also für Sondensignale, die einem λ < 1 entsprechen. Der Bereich 39 stellt in Figur 3 beispielhaft mögliche Adaptionen der Kennlinie 35 dar. Dazu kann die Kennlinie 35 innerhalb des Bereichs 39 so adaptiert beziehungsweise innerhalb des Bereichs 39 gewählt werden, dass die Kennlinie 35 durch das Wertepaar 37 verläuft, also das Wertepaar 37 Element der Kennlinie 35 ist.
  • Figur 4 zeigt ein Schaubild eines ersten zeitlichen Verlaufs 41 einer vorgesteuerten Gemischänderung im Vergleich zu einem korrespondierenden zweiten zeitlichen Verlauf eines sich daraus ergebenden Sondensignals, beispielsweise des vorderen Sondensignals 29, Gemäß der Darstellung in Figur 4 entspricht der erste zeitliche Verlauf 41 Gemischänderungen in einem Bereich zwischen A = 0,98 und A = 1,02. Das Gemisch des Verbrennungsmotors wird entsprechend dem ersten zeitlichen Verlauf 41 durch steigende und fallende Rampen 45 sowie sich an die Extremwerte der Rampen 45 anschließende Sprünge 47 zurück zu einer stöchiometrischen Gemischeinstellung mit A = 1 vorgesteuert. Die Rampen 45 gehen stets in ansteigender oder fallender Richtung von einer stöchiometrischen Gemischbildung aus, um an den Sprüngen 47 wieder zur stöchiometrischen Gemischbildung zurückzuspringen. Zur Ermittlung eines Wertepaares 37, wie in Figur 3 dargestellt, wird zu einem Zeitpunkt, der in Figur 4 mit t1 gekennzeichnet ist und einem Extremwert 49 des ersten zeitlichen Verlaufs 41 der vorgesteuerten Gemischbildung entspricht, ein Zeitpunkt gesetzt. Der Extremwert 49 entspricht im vorliegenden Beispiel einem λ-Wert von 0,98. Zur Ermittlung einer zeitlichen Verzögerung, mit der der zweite zeitliche Verlauf 43 des vorderen Sondensignals 19 der vorgesteuerten Gemischbildung hinterherläuft, wird ein Extremwert 51 des zweiten zeitlichen Verlaufs 43 des vorderen Sondensignals 19 ermittelt. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem mit t1 gekennzeichneten Zeitpunkt und einem mit t2 gekennzeichneten Zeitpunkt, der dem Extremwert 51 entspricht, kann eine Verzögerungszeit, die in Figur 4 mit tv gekennzeichnet ist, ermittelt werden. Aus der Verzögerungszeit, die wahlweise auch aus anderen Parametern herleitbar sein kann, ergibt sich ein Wertepaar, nämlich aus den Extremwerten 49 und 51. Es kann dem vorgesteuerten λ-Wert von 0,98 ein Wert des vorderen Sondensignals, 19 zum Zeitpunkt des Extremwerts 51 zugeordnet werden.
  • Dieses so beispielsweise mittels der Adaptionsvorrichtung 6 der Motorsteuerung 5 ermittelte Wertepaar kann vorteilhaft zur Adaption der in Figur 3 dargestellten Kennlinie 35 ermittelt werden, beispielsweise ebenfalls in der Adaptionsvorrichtung 6. Die Kennlinie 35 kann in der Motorsteuerung 5 hinterlegt sein. Zur eigentlichen Adaption kann die zum Zeitpunkt der Ermittlung des Wertepaares 37 aktuell hinterlegte Kennlinie 35 darauf überprüft werden, ob das ermittelte Wertepaar 37 Element der Kennlinie 35 ist. Falls dies zum Zeitpunkt der Ermittlung des Wertepaars 37 nicht der Fall ist, kann von der Adaptionsvorrichtung 6 eine neue Kennlinie ermittelt und hinterlegt werden, die so adaptiert ist, dass das Wertepaar 37 wieder Element der Kennlinien 35 ist. Vorteilhaft kann durch diese Überprüfung und Adaptierung die Kennlinie 35 im fetten Bereich so angepasst werden, dass diese trotz möglicher zeitlicher Veränderungen und/oder Toleranzen auch im Bereich einer fetten Gemischbildung einen vergleichsweise genauen λ-Wert dem gemessenen vorderen Sondensignal 19 zuordnet.
  • Die Kennlinie 35 der ersten λ-Sonde 15, die als Nernst-Sonde ausgelegt sein kann, wird mit Hilfe der bekannten Gemischänderungen des Verbrennungsmotors 1 adaptiert. Die Gemischänderungen werden auch als λ-Modulation bezeichnet, wobei die Kraftstoffmenge beispielsweise um +/- 2 % erhöht beziehungsweise verringert wird. Mit einem gewissen Zeitverzug, der in Figur 4 mit tv gekennzeichnet ist, und der sich aus dem Einbauort der ersten A-Sonde 15 und der Laufzeit des in der Abgasanlage 11 geführten Abgases ergibt, reagiert das vordere Sondensignal 19 auf diese Gemischänderung. Mit dem vorliegenden Verfahren zur λ-Regelung kann die Signaländerung der ersten λ-Sonde 15 mit der vorgesteuerten Kraftstoffmenge korreliert werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass der maximale Unterschied der vorgesteuerten Kraftstoffmenge, die in Figur 4 dem ersten zeitlichen Verlauf 41 entspricht, in Bezug gesetzt wird mit dem sich anschließend ergebenden maximalen vorderen Sondensignal 19 der ersten λ-Sonde 15. Hierzu kann der in Figur 4 dargestellte Extremwert 51 dienen. Die Motorsteuerung 5 des Verbrennungsmotors 1 erhöht ausgehend von einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung entlang der Rampe 45 durch Zugabe einer zusätzlichen Menge an Kraftstoff die Gemischzusammensetzung auf einen Maximalwert von + 2 %. Anschließend wird dieser Faktor entlang des Sprunges 47 des ersten zeitlichen Verlaufes 41 wieder reduziert. Diese Erhöhung um 2 % entspricht einem Minimalwert eines Gemischt von 0,98, z.B. im Zeitpunkt t1, wie in Figur 4 dargestellt. In der Folge davon reagiert nach Ablauf der mit tv gekennzeichneten Verzugszeit das vordere Sondensignal 19 mit einer Signalerhöhung. Der Extremwert 51, der einen Maximalwert des vorderen Sondensignals 19 darstellt, und sich im Zeitpunkt t2 ergibt, kann nun dem eingestellten Gemisch-λ von 0,98 zugerechnet beziehungsweise zugeordnet werden. Daraus ergibt sich das Wertepaar 37, mittels dessen eine Korrektur der Kennlinie 35 der ersten λ-Sonde 15 vorgenommen werden kann, wie beispielsweise in Figur 3 dargestellt.
  • Die Freigabe dieser Adaption kann von verschiedenen Freigabebedingungen abhängig gemacht werden. Die Adaption kann beispielsweise nur gestartet werden, wenn der Verbrennungsmotor 1 in einem annähernd konstanten Drehzahl-/Lastpunkt, betrieben wird, eine Gemischadaption des Verbrennungsmotors 1 eingeschwungen ist, die λ-Regelung eingeschwungen ist, eine Tankentlüftung des Verbrennungsmotors deaktiviert ist und/oder eine Motortemperatur des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Bereich liegt.
  • Zusammenfassend wird es möglich, mittels der Adaption der Kennlinie 35 der ersten λ-Sonde 15 das Signal einer Nernst-λ-Sonde auch in Bereichen A ungleich 1 direkt für nachgeschaltete Verfahren, die beispielsweise ebenfalls in der Motorsteuerung 5 implementiert sein können, zu nutzen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur λ-Regelung bei einem Verbrennungsmotor (1) mit einer Motorsteuerung (5) zur Gemischbildung und einer in einer Abgasanlage (11) des Verbrennungsmotors (1) angeordneten A-Sonde (15) einer λ-Regelung zur Erzeugung eines einen Sauerstoffgehalt eines in der Abgasanlage (11) geführten Abgases mittels einer in der Motorsteuerung (5) hinterlegten A-Kennlinie (35) charakterisierenden Sondensignals, mit folgenden Schritten:
    - Vorsteuern von Gemischänderungen des Verbrennungsmotors (1) als λ-Modulation mittels der Motorsteuerung (5), dabei Ändern der Kraftstoffmenge ausgehend von einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung bei einer fetten Gemischzusammensetzung;
    - Korrelieren einer Signaländerung der λ-Sonde (15) mit den vorgesteuerten Gemischänderungen,
    gekennzeichnet durch
    - In-Bezug-setzen einer maximalen Differenz der beim Vorsteuern der Gemischänderungen vorgesteuerten Kraftstoffmenge zu einer sich aus dieser ergebenden maximalen Signaländerung der λ-Sonde (15) und Ermitteln eines auf die Änderung der Kraftstoffmenge zeitlich folgenden Extremwertes (51) des Sondensignals (19) der λ-Sonde (15);
    - Ermitteln eines Wertepaares (37) bestehend aus dem Extremwert (51) des Sondensignal (19) und einem diesem zeitlich vorangegangenen Extremwert (49) der Kraftstoffmenge;
    - Adaptieren der hinterlegten λ-Kennlinie (35) der A-Sonde (15) unter Verwendung der vorgesteuerten Gemischänderungen, so dass das Wertepaar (37) Element der λ-Kennlinie (35) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit folgendem Schritt:
    - Adaptieren der hinterlegten λ-Kennlinie (35) nach Eintreten einer Freigabebedingung, insbesondere zumindest einer der folgenden Freigabebedingungen: Der Verbrennungsmotor (1) befindet sich in einem annähernd konstanten Drehzahl-/Lastpunkt, eine Gemischadaption des Verbrennungsmotors (1) ist eingeschwungen, die λ-Regelung des Verbrennungsmotors (1) ist eingeschwungen, eine Tankentlüftung des Verbrennungsmotors (1) ist deaktiviert und/oder eine Motortemperatur des Verbrennungsmotors (1) befindet sich in einem vorgegebenen Bereich.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage 11 einen Katalysator 13 mit einer ersten λ-Sonde 15 und einer zweiten A-Sonde 17 aufweist, wobei es sich bei der ersten A-Sonde 15 um die λ-Sonde 15 der λ-Regelung handelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste A-Sonde 15 eine Sprung- λ-Sonde 15 ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste λ-sonde eine Breitband-A-Sonde ist.
  6. Durchführen eines Verfahrens gemäß den vorhergehenden Ansprüchen im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges oder in einem Diagnosebetrieb.
  7. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) mit einer Motorsteuerung (5), ausgelegt und/oder eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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