WO2015049073A1 - Vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Sirko Schlegel
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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Definitions

  • the invention relates to a device for operating an internal combustion engine.
  • catalysts which convert carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides into harmless substances. Both the targeted influencing of the generation of the harmful ⁇ emissions during combustion as well as the conversion of the pollutant components with high efficiency by putting a catalyst a very precisely adjusted
  • a binary lambda control is known with a binary lambda probe, the is arranged upstream of the catalytic converter.
  • the binary lambda control comprises a PI controller, the P and I components being stored in maps via engine speed and load.
  • the excitation of the catalytic converter also referred to as lambda fluctuation, implicitly results from the two-step control.
  • the amplitude of the lambda fluctuation is set to about 3%.
  • the voltage deviation of the lambda probe voltage signal of one cylinder is formed in relation to the voltage signals of the adjacent cylinders.
  • the differential value is then used to correct the injection. It is taken into account that precisely the large change in the probe voltage in the region of the exactly stoichiometric air / fuel ratio makes it possible to detect even small deviations from an optimal air / fuel ratio.
  • WO 2013/045526 AI it is known to determine a correction signal for a fuel mass to be metered by means of a lambda controller, in particular as a function of a measuring signal of an exhaust gas sensor. If at least one predetermined condition is met, within a predetermined operating range of the internal combustion engine, a cylinder-specific diagnosis is carried out, which refers to pollutant ⁇ emissions based on a Laufunruhebetrachtung, the cylinder-specific diagnosis is performed this active only in a corresponding detection phase, in a modified integral parameter of the lambda controller is used, which is reduced in terms of its absolute value compared to the integral parameter in a normal operating mode of the lambda controller.
  • Air / fuel ratio in a respective cylinder of an internal combustion engine having a plurality of cylinders the injection valves associated with the cylinders and an exhaust gas probe which is arranged in an exhaust tract and whose measurement signal is characteristic for the air / fuel ratio in the respective cylinder.
  • the measurement signal is detected and assigned to the respective cylinder.
  • a first adaptation value is determined depending on the controller value.
  • predetermined second conditions including a predetermined second temperature range of the temperature representative of the temperature of the respective injector and including a quasi-steady state operation, a second adaptation value is determined in dependence on the controller value.
  • the correction value for influencing the air / fuel ratio in the respective cylinder is determined as a function of the first or the second adaptation value as a function of the temperature which is representative of the temperature of the respective injection valve.
  • DE 10 2008 058 008 B3 describes a device for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders, to each of which an injection valve is assigned, an exhaust tract comprising an exhaust gas catalytic converter and an oxygen sensor arranged upstream or in the exhaust gas catalytic converter.
  • An allocation unit is provided, which is designed to determine cylinder-specific lambda signals as a function of the measurement signal of the lambda probe and to determine lambda deviation signals for the respective cylinders depending on the cylinder-specific lambda signals, based on a lambda signal averaged over the cylinder-specific lambda signals.
  • an observer which comprises a sensor model of the lambda probe, which is arranged in a feedback branch of the ob ⁇ observer.
  • the observer is designed in such a way that the cylinder-specific lambda deviation signals are supplied to him on the input side and observer output variables related to the respective cylinder are representative of deviations of the injection characteristic of the injection valve the respective cylinder of a given injection characteristic.
  • a parameter detection unit is provided which is adapted to impart a predetermined disturbance pattern of cylinder in ⁇ dividual mixture deviations to change in response to the respective predetermined interference pattern at least one parameter of the sensor model as a detection parameter until at least one of the observer output quantities assigned to its cylinder Represented proportion of the interference pattern in a predetermined manner and the at least one detection parameter is output.
  • the object on which the invention is based is to provide an apparatus for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders, which contributes in a particularly simple manner to a low-pollutant operation.
  • the invention is characterized by a device for operating an internal combustion engine having a plurality of cylinders, to each of which an injection valve is assigned, an exhaust tract comprising an exhaust gas catalyst and a lambda probe arranged upstream or in the exhaust gas catalytic converter.
  • a first allocation unit is provided, which is designed to determine individual cylinder measurement signals as a function of the measurement signal.
  • Lambda probe comprises, which is arranged in a feedback branch of Be ⁇ observer, wherein the observer is formed be is that it turns the cylinder-specific measurement signals are fed to the output side, and of relevance to the respective cylinder observer output variables output side discomfortge ⁇ provides.
  • an assignment of corresponding sections of the measurement signal of the exhaust gas probe takes place in a cylinder-specific manner to the respective cylinder-specific measurement signals.
  • the sensor model of the lambda probe is especially her to ⁇ response behavior from to signal changes.
  • a calibration unit is provided, which is designed to impose a predetermined disturbance pattern from cylinder-specific mixture deviations. It is further adapted to adapt a ZuOrdnungsberschrift between the measurement signal of the lambda probe and a lambda signal in response to the respective predetermined interference pattern depending on the related to the respective cylinder observer outputs.
  • a second allocation unit is provided, which is designed to carry out an association between the measurement signal and the lambda signal by means of the assignment rule.
  • the calibration unit is designed such that the particular predetermined interference pattern is emission-neutral. This helps to ensure that the lowest possible pollutant emissions are generated even during calibration.
  • the calibration unit is designed so that the respectively predetermined interference pattern is predetermined in such a way that at least two cylinders with a different air / fuel ratio are impacted .
  • / fuel ratios corresponding Be ⁇ observer output variables are determined and these are identified particular under nearly identical operating conditions, which makes an effective contribution to a precise calibration of the assignment rule quickly for under ⁇ Kunststofferie air.
  • the calibration unit is designed so that the respective predetermined interference pattern is predetermined such that all associated cylinders are subjected to a different air / fuel ratio.
  • the calibration unit can be set at different under ⁇ union air / fuel ratios for each working cycle a maximum number and so a maximum number of observations be determined per cycle that are associated with these air / fuel ratios, which makes a very effective contribution to a quick and precise calibration.
  • the calibration unit is designed such that the ZuOrdnungsvorschrift is adjusted in sections.
  • respective obser ⁇ ter-output variables, the respective air / fuel ratios are assigned for the respective section, in each specific case based on the respective sections and then these sections are precisely matched.
  • the ZuOrd Vietnamesesvorschrift include a characteristic and this characteristic be divided into sections.
  • the lambda probe is designed as a binary lambda probe and has a regulator unit with a lambda controller associated with a plurality of cylinders, which is designed so that a control input variable depends on the lambda signal and that its regulator control signal influences a fuel mass to be metered.
  • the lambda controller is designed such that a control input variable depends on a control difference, which is formed as a function of the lambda signal and a predetermined setpoint signal.
  • the lambda controller is free from a two-point controller and the magnitude and the sign of the control difference influence the controller control signal. This also allows with the binary
  • Lambda probe a particularly precise control while avoiding relatively strong Gemischanfettungen and Gemischabmagerept, such as this is the case with a binary lambda controller.
  • a contribution is also made to perform the lambda control outside the stoichiometric air / fuel ratio with the binary lambda probe while achieving low pollutant emissions.
  • the regulating unit comprises respective cylinder-specific lambda control, which are to be ⁇ is that they to a Equality
  • the calibration unit is set up to be activated when equality of the respective air / fuel ratios in the different cylinders has taken place.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a control device
  • FIG. 2 is a block diagram of relevant blocks of the control device
  • FIG. 3 shows a block diagram of a lambda controller
  • FIG. 4 shows a functional representation of an assignment specification.
  • An internal combustion engine ( Figure 1) comprises an intake manifold 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake manifold 1 preferably comprises a throttle valve 5, further comprising a collector 6 and a suction pipe 7, which leads to a
  • Cylinder ZI is guided via an inlet channel in the engine block 2.
  • the engine block 2 further includes a crankshaft 8, which is coupled via a connecting rod 10 with the piston 11 of the cylinder ZI.
  • the cylinder head 3 includes a valve gear with a gas ⁇ inlet valve 12 and a gas. 13
  • the cylinder head 3 further includes an injection valve 18 and a spark plug 19.
  • the injection valve 18 may also be arranged in the intake manifold 7.
  • an exhaust gas catalyst 21 is arranged, which is preferably designed as a three-way catalyst and, for example, very close to the outlet, which is associated with the outlet valve 13 is arranged. Furthermore, in the exhaust tract 4, a further catalytic converter may be arranged, which is designed for example as a NOX catalyst 23.
  • a control device 25 is provided which is associated with sensors which detect different measured variables and in each case determine the value of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables. The control device 25 is designed to determine, depending on at least one of the operating variables manipulated variables, which are then converted into one or more actuating signals for controlling the actuators by means of corresponding actuators.
  • the control device 25 may also be referred to as a device for controlling the internal combustion engine or as an apparatus for operating the internal combustion engine.
  • the sensors are a pedal position sensor 26, which detects an accelerator pedal position of an accelerator pedal 27, an air mass sensor 28, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 5, a first temperature sensor 32, which detects an intake air temperature, an intake manifold pressure sensor 34, which an intake manifold pressure in the collector 6 detects a crankshaft angle sensor 36, which detects a crankshaft angle, which then a speed N is assigned.
  • a lambda probe 42 is provided, which is arranged upstream of the catalytic converter 21 or in the catalytic converter 21 and which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and whose measurement signal MSI is characteristic of the
  • the lambda probe 42 can so in the Catalytic converter may be arranged that part of the catalyst volume upstream of the lambda probe 42 is located.
  • the lambda probe 42 may be formed, for example, as a jump probe, and so also be referred to as a binary lambda probe.
  • the lambda sensor may also be formed as a broadband probe ⁇ for example, which is also referred to as a linear lambda probe.
  • the dynamic behavior of the binary lambda probe is highly nonlinear, in particular in one of the transition phases between a lean phase and rich phase.
  • the evaluation of the measurement signal in the non-linear region and thus an evaluation of the cylinder-selective lambda deviation is a challenge, since the falling or rising of the measurement signal can sometimes take place faster than a period of a work cycle depending on the probe dynamics.
  • a conversion of the measurement signal into a lambda signal is clearly imprecise, since the sensitivity with respect to lambda in this range is very low.
  • an exhaust gas probe downstream of the can be arranged from ⁇ gas catalyst 21st
  • any subset of said sensors may be present, or additional sensors may be present.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 5, the gas inlet and gas outlet valves 12, 13, the injection valve 18 or the spark plug 19.
  • cylinder ZI In addition to the cylinder ZI also further cylinders Z2 to Z4 are provided, which then also corresponding actuators and optionally sensors are assigned.
  • actuators and optionally sensors are assigned.
  • cylinder ZI to Z4 For example, be associated with the cylinder ZI to Z4, for example, an exhaust bank and have assigned a common lambda probe 42.
  • other cylinders may be provided, such as those associated with a second exhaust bank.
  • the Brennkraftma ⁇ machine include any number of cylinders.
  • the blocks may, for example, comprise predetermined data stored in a data memory of the control device and may also comprise program code which is stored in the memory, in particular a program memory of the control device and can be executed during the operation of the control device.
  • a block Bl comprises a first allocation unit, which is designed to determine cylinder-specific measurement signals V_Z1, V_Z2, V_Z3 and V_Z4 depending on the measurement signal MSI of the lambda probe 42.
  • a block B2 is provided, which comprises a switch.
  • the assignment is dependent on estimated gas transit times and optionally a response of the lambda probe 42.
  • the temporal assignment is basically analogous to the procedure for a cylinder-specific lambda control, as explained in more detail in DE 10 2008 058 008 B3 and their Content hereby incorporated in this regard.
  • the cylinder-specific measurement signals V_Z1, V_Z2, V_Z3 and V_Z4 a block B4 input side fed, comprising a Be ⁇ observer.
  • the cylinder-specific measurement signals V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4 become a first in block B4
  • Subtraction point SUB1 supplied, in which a difference between this and a model measurement signal MS_MOD is formed.
  • the model-measurement signal MS_MOD is the output of a Sen ⁇ sormodells, which is included in a block B18. This difference is then amplified in an amplifier K and then fed to a block B6 which also includes a switch which is switched in synchronism with that of the block B2.
  • the blocks B8 to B14 each comprise an I-element, that is integrating member, which integrates the signals applied to its input.
  • the output ⁇ sizes of the blocks B8 to B14 are observer output quantities 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4 which are each relative to the respective cylinder ZI to Z4 in a corresponding manner.
  • a further switch is provided in a block B16, to which the observer output variables 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 and OBS_Z4 are supplied on the input side.
  • the switch of the block B16 is switched in synchronism with those of the blocks B2 and B6.
  • the output of the block B16 is a ⁇ gang size of a block B18.
  • the block B18 comprises the sensor model of the lambda probe 42.
  • This sensor model is realized, for example, in the form of a PTI element, but may also comprise further elements. It includes as parameters, for example, a gain factor and a rise time parameter.
  • the model measurement signal MS_MOD is generated as the output of the sensor model.
  • the cylinder-specific lambda control as explained in detail in DE 10 2008 058 008 B3
  • no assignment of the measurement signal MSI to corresponding lambda values, ie a conversion into a lambda signal takes place in the blocks B1 to B18.
  • a block B20 is provided which comprises a calibration unit.
  • a block B22 which comprises a second allocation unit.
  • a block B24 is provided which comprises a regulator unit.
  • the controller unit comprises in a block B26 a lambda controller which is assigned to a plurality of cylinders Z1 to Z4, for example all cylinders of an exhaust line.
  • controller unit preferably also includes blocks B28, B30, B32 and B34, which each include cylinder-specific lambda controllers.
  • the cylinder-specific lambda regulators are designed, for example, in accordance with those described in more detail in DE 10 2008 058 008 B3, the contents of which are hereby included in this regard.
  • a subtraction point SUB2 is guided a lambda signal to LAM_S ⁇ , which is determined by means of an assignment rule depending 42.
  • the feed proper regulations will be explained below in more detail with reference to the blocks B20 and B22 in more detail from the measurement signal of the lambda probe MSI.
  • the subtracting point SUB2 is supplied with a target signal LAM_SP and a difference between them is formed, which is then assigned to a control difference RDIFF.
  • the reference signal LAM_SP is the output signal of a block B36 to which a raw setpoint signal LAM_RAW_SP and a forced excitation ZWA are fed on the input side.
  • the raw setpoint signal LAM_RAW_SP can be predetermined as a function of the operating point and, in an exemplary operating point, the specification of a represent stoichiometric air / fuel mixture.
  • Forced excitation ZWA is, for example, a square-wave signal.
  • the setpoint signal LAM_SP is determined, for example, by appropriately summing the raw setpoint signal LAM_RAW_SP and the forced excitation ZWA and taking into account expected exhaust gas runtimes and / or an expected sensor behavior, in particular a response behavior.
  • the control difference RDIFF is fed to the input side of a block B38, which comprises a controller, which may be designed, for example, as a PID controller. In principle, however, it can also be designed as any other known controller, such as a P, PI or PD controller.
  • a controller which may be designed, for example, as a PID controller. In principle, however, it can also be designed as any other known controller, such as a P, PI or PD controller.
  • a regulator control signal On the output side of the block B38 becomes a regulator control signal
  • LAM_FAC_FB output of the lambda controller, which affects an ultimately metered fuel mass.
  • the controller output signal of the lambda controller LAM_FAC_FB is fed to a multiplication point Ml is determined in a corrected by multiplication with a fuel mass to be metered MFF force ⁇ mass MFF_COR.
  • a block B40 is provided in which, depending on, for example, the rotational speed N and the load LOAD, the fuel mass MFF to be metered is determined.
  • the fuel mass MFF to be metered is determined.
  • one or more maps can be provided, which are determined in advance, so for example on an engine test bench.
  • the multiplication point M1 can also be fed on the input side to a respective output signal of a respective cylinder-specific lambda controller.
  • a block B42 is designed to generate an actuating signal SG, depending on the corrected fuel mass MFF_COR to be metered. to determine particular for the injection valve 18 of the respective cylinder ZI to Z4.
  • the calibration unit of the block B20 is arranged in a configuration to be activated when an equality of the respective air / fuel ratios in different cylinders union under ⁇ ZI is done to Z4. This equality takes place in particular with the aid of zylin ⁇ der honored lambda control.
  • the calibration unit is designed to apply a predetermined interference pattern PAT from cylinder-specific mixture deviations.
  • the predetermined interference pattern is emis ⁇ sion neutral.
  • the respective predetermined interference pattern PAT can be predetermined such that at least two cylinders are acted upon by a different air / fuel ratio. It is particularly efficient if the interference pattern PAT is predetermined such that all associated cylinders ZI to Z4 are charged with a different air / fuel ratio.
  • the disturbance pattern PAT may, for example, be designed such that the air / fuel ratio in the cylinder ZI is reduced by +10%, in which cylinder Z2 is influenced by -10%, ie enriched by 10%, in the cylinder Z3 is leaned by 5 "6 and in the cylinder Z4 is influenced by 5" 6, that is 5% enriched, so in particular at a general specification of an approximately stoichiometric air / fuel ratio. This can be done in particular in the form of a precontrol and so coupled into the multiplier Ml.
  • the ZuOrdnungsvorschrift between the measured signal MS of the lambda probe 42 and the lambda signal LAM_S is adjusted depending on the respective cylinder ZI to Z4 related observer output variables 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4.
  • the information relating to the interference pattern PAT of the known Anfettungen or emaciation with respect to the respective cylinder ZI to Z4 and the resulting respective observer outputs are taken into account and it can be done so the appropriate adjustment of ZuOrdnungsvorschrift.
  • the ZuOrdnungsvorschrift preferably comprises a characteristic curve, as shown for example with reference to Figure 4, wherein the Y-axis in millivolts [mV] represents the measurement signal MSI as a voltage signal and the X-axis represents the respectively attributable air ratio, which at 1.0 a stoichiometric
  • Air / fuel ratio represents.
  • KL1 represents the characteristic before the adaptation and KL2 the adapted characteristic.
  • adjusting the characteristic KL1 is possible as ⁇ -Section.
  • that section in the rich region can be adjusted by means of those observer output variables which correspond to those cylinders which are used in the context of the
  • the adapted ZuOrdnungsvorschrift can then be used in block B22 and in particular in the local second allocation unit.
  • the respective measurement signal MSI is assigned a respective lambda signal LAM_S or a cylinder-specific lambda signal, which can be used in the blocks B26 and B28 to B34.
  • V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4 cylinder-specific Messsig ⁇ signals

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat mehrere Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist und einen Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und eine Lambdasonde umfasst. Eine erste Zuordnungseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal zylinderindividuelle Messsignale zu ermitteln. Ein Beobachter ist vorgesehen, der ein Sensormodell der Lambdasonde umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist. Der Beobachter ist so ausgebildet, dass ihm die zylinderindividuellen Messsignale eingangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen ausgangsseitig bereitgestellt werden. Eine Kalibrationseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen, in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster abhängig von den auf die jeweiligen Zylinder bezogenen Beobachter-Ausgangsgrößen eine Zuordnungsvorschrift zwischen dem Messsignal der Lambdasonde und einem Lambdasignal anzupassen. Ferner ist eine zweite Zuordnungseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, mittels der Zuordnungsvorschrift eine Zuordnung zwischen dem Messsignal und dem Lambdasignal durchzuführen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brenn- kraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich,
Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlen- monoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schad¬ stoffemissionen während der Verbrennung, als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Katalysator setzen ein sehr präzise eingestelltes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
Aus dem Fachbuch "Handbuch Verbrennungsmotor", Herausgeber Richard von Basshuysen, Fred Schäfer, 2. Auflage, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Juni 2002, Seiten 559 bis 561, ist eine binäre Lambdaregelung bekannt mit einer binären Lambdasonde, die stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordnet ist. Die binäre Lambdaregelung umfasst einen PI-Regler, wobei die P- und I-Anteile in Kennfeldern über Motordrehzahl und Last abgelegt sind. Bei der binären Lambdaregelung ergibt sich die Anregung des Katalysators, auch als Lambda-Schwankung bezeichnet, implizit durch die Zweipunktregelung. Die Amplitude der Lambda-Schwankung wird auf in etwa 3 % eingestellt.
Um insbesondere gesetzlichen Anforderungen bezüglich der Schadstoffemissionen gerecht zu werden, werden verstärkt motornahe Katalysatoren eingesetzt. Diese erfordern aufgrund der geringen Mischstrecke von den Auslassventilen bis zu dem Katalysator in vielen Fällen eine sehr geringe Toleranz im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den einzelnen Zylindern einer Abgasbank und zwar eine deutlich geringere Toleranz als bei einer motorfernen Anordnung der Katalysatoren. In diesem Zusammenhang kann eine zylinderindividuelle Lambdaregelung eingesetzt werden . Aus der DE 19846393 AI ist eine zylinderselektive Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einem mehrzylindrigen Ver¬ brennungsmotor bekannt mit einer als Sprungsonde ausgebildeten Lambdasonde. Im Rahmen der zylinderselektiven Regelung wird die Spannungsabweichung des Lambdasonden-Spannungssignals eines Zylinders in Relation zu den Spannungssignalen der benachbarten Zylinder gebildet. Mit dem Differenzwert wird dann eine Korrektur der Einspritzung vorgenommen. Dabei wird berücksichtigt, dass gerade die starke Änderung der Sondenspannung in dem Bereich des exakt stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses es er- möglicht, bereits geringe Abweichungen von einem optimalen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erkennen.
Aus der DE 102007 015362 AI ist ein Verfahren zur Lambdaregelung bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer in einer Abgas führenden Abgasanlage des Verbrennungsmotors einer Abgasrei¬ nigungsvorrichtung stromaufwärts angeordneten Sprung- Lambdasonde, die zum Generieren eines vom Sauerstoffgehalt des Abgases abhängigen ersten Messsignals ausgelegt ist. Das erste Messsignal wird an zumindest zwei Punkten verwendet und kor¬ rigiert .
In der DE 10 2007 016 276 AI ist eine binäre Lambdaregelung offenbart. Es wird eine Gemischänderung des Verbrennungsmotors mittels der Motorsteuerung vorgesteuert. Eine hinterlegte Kennlinie der Lambdasonde wird unter Verwendung der vorge¬ steuerten Gemischänderungen adaptiert.
In der DE 10 2007 029 029 AI ist ein Verfahren beschrieben zur Lambdaregelung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung zur Gemischbildung und einer in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten vorderen Lambdasonde zur Er¬ fassung eines vorderen Sondensignals, das einen vorderen Sauerstoffgehalt eines in der Abgasanlage stromaufwärts eines in der Abgasanlage angeordneten Katalysators geführten Abgases charakterisiert. Ferner ist in der Abgasanlage stromaufwärts des Katalysators eine hintere Lambdasonde angeordnet zur Erzeugung eines hinteren Sondensignals, das einen hinteren Sauerstoff¬ gehalt des in der Abgasanlage stromabwärts des Katalysators geführten Abgases charakterisiert. Um eine verbesserte Lamb¬ daregelung bereitzustellen, ist vorgesehen, einen Lambdawert mittels des vorderen Sondensignals und einer Umrechnungsvorschrift zu ermitteln. Ferner ist vorgesehen, eine Lambdaabweichung aus dem hinteren Sondensignal zu ermitteln und die Umrechnungsvorschrift mittels der ermittelten Lambdaabweichung zu adaptieren.
Aus der WO 2013/045526 AI ist es bekannt, ein Korrektursignal für eine Kraftstoffmasse, die zugemessen werden soll, zu bestimmen mittels eines Lambdareglers , insbesondere als eine Funktion eines Messsignals eines Abgassensors. Wenn zumindest eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine, wird eine zylinder- spezifische Diagnose ausgeführt, die sich auf Schadstoff¬ emissionen bezieht auf Basis einer Laufunruhebetrachtung, wobei die zylinderspezifische Diagnose diese aktiv nur in einer entsprechenden Detektionsphase ausgeführt wird, in der ein modifizierter Integralparameter des Lambdareglers eingesetzt wird, der reduziert ist, hinsichtlich seines Absolutwertes im Vergleich zu dem Integralparameter in einem normalen Betriebsmodus des Lambdareglers.
In der DE 10 2005 009 101 B3 ist ein Verfahren beschrieben zum Ermitteln eines Korrekturwertes zum Beeinflussen eines
Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in einem jeweiligen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, den Zylindern zugeordneten Einspritzventilen und einer Abgassonde, die in einem Abgastrakt angeordnet ist und deren Messsignal charak- teristisch ist für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder. Zu einem vorgegebenen Abtast-Kurbelwellenwinkel bezogen auf eine Bezugsposition des Kolbens des jeweiligen Zylinders wird das Messsignal erfasst und dem jeweiligen Zylinder zugeordnet. Mittels jeweils eines Reglers wird ein Reglerwert zum Beeinflussen des
Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder abhängig von dem für den jeweiligen Zylinder erfassten Messsignal ermittelt. Bei einem Erfülltsein vorgegebener erster Bedingungen, die einen vorgegebenen ersten Temperaturbereich einer Temperatur einschließen, die repräsentativ ist für eine Temperatur des jeweiligen Einspritzventils, und die einschließen, dass ein quasi stationärer Betriebszustand vorliegt, wird ein erster Adaptionswert abhängig von dem Reglerwert ermittelt. Bei einem Erfülltsein vorgegebener zweiter Bedingungen, die einen vorgegebenen zweiten Temperaturbereich der Temperatur einschließen, die repräsentativ ist für die Temperatur des jeweiligen Einspritzventils, und die einschließen, dass ein quasi stationärer Betriebszustand vorliegt, wird ein zweiter Adaptionswert abhängig von dem Reglerwert ermittelt.
Der Korrekturwert zum Beeinflussen des Luft-/Kraftstoff- Verhältnisses in dem jeweiligen Zylinder wird abhängig von dem ersten oder dem zweiten Adaptionswert abhängig von der Temperatur ermittelt, die repräsentativ ist für die Temperatur des jeweiligen Einspritzventils.
In der DE 10 2008 058 008 B3 ist eine Vorrichtung beschrieben zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist, einen Abgastrakt, der ein Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lambdasonde umfasst. Eine Zuordnungseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal der Lambdasonde zylinderindividuelle Lambdasignale zu ermitteln und abhängig von den zylinderindividuellen Lambdasignalen Lambdaabweichungssignale für die jeweiligen Zylinder zu ermitteln, bezogen auf ein über die zylinderindividuellen Lambdasignale gemitteltes Lambdasignal .
Ferner ist ein Beobachter vorgesehen, der ein Sensormodell der Lambdasonde umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Be¬ obachters angeordnet ist. Der Beobachter ist so ausgebildet, dass ihn die zylinderindividuellen Lambdaabweichungssignale ein- gangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen repräsentativ sind für Abweichungen der Einspritzcharakteristik des Einspritzventils des jeweiligen Zylinders von einer vorgegebenen Einspritzcharakteristik.
Ferner ist eine Parameterdetektionseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderin¬ dividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen, in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster zumindest einem Parameter des Sensormodells als Detektionsparameter solange zu verändern, bis zumindest eine der Beobachter-Ausgangsgrößen den ihrem Zylinder zugeordneten Anteil des Störmusters auf vorgegebene Weise repräsentiert und der zumindest eine Detektionsparameter ausgegeben wird.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist eine Vor- richtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern zu schaffen, die auf besonders einfache Weise einen Beitrag zu einem Schadstoffarmen Betrieb leistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einer Ausgestaltung aus durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, denen jeweils ein Einspritzventil zugeordnet ist, einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator angeordnete Lamb- dasonde umfasst. Eine erste Zuordnungseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal zylin- derindividuelle Messsignale zu ermitteln.
Ein Beobachter ist vorgesehen, der ein Sensormodell der
Lambdasonde umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Be¬ obachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Messsignale ein- gangsseitig zugeführt werden und auf den jeweiligen Zylinder bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen ausgangsseitig bereitge¬ stellt werden.
Ferner erfolgt beispielsweise mittels der Zuordnungseinheit eine Zuordnung entsprechender Abschnitte des Messsignals der Ab- gassonde zylinderspezifisch zu den jeweiligen zylinderindividuellen Messsignalen.
Das Sensormodell der Lambdasonde bildet insbesondere ihr An¬ sprechverhalten auf Signaländerungen ab.
Eine Kalibrationseinheit ist vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Störmuster aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen. Sie ist ferner dazu ausgebildet, in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster abhängig von den auf die jeweiligen Zylinder bezogenen Beobachter-Ausgangsgrößen eine ZuOrdnungsvorschrift zwischen dem Messsignal der Lambdasonde und einem Lambdasignal anzupassen.
Ferner ist eine zweite Zuordnungseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, mittels der ZuOrdnungsvorschrift eine Zuordnung zwischen dem Messsignal und dem Lambdasignal durchzuführen.
Auf diese Weise kann eine besonders schnelle und auch zuver¬ lässige Kalibration durchgeführt werden und so ein Beitrag geleistet werden, eine möglichst präzise Zuordnung zwischen dem Messsignal der Lambdasonde und dem Lambdasignal vorzunehmen. Durch das Störmuster können so innerhalb eines Arbeitsspiels einer Anzahl der Zylinder entsprechende Beobachter-Ausgangs¬ größen ermittelt werden und so insbesondere unter nahezu identischen restlichen Betriebsbedingungen diese zur Adaption der ZuOrdnungsvorschrift herangezogen werden, sodass sonstige Störeinflüsse dabei weitgehend eliminiert sind. Durch geeignete Vorgabe kann so insbesondere ein sehr wirkungsvoller Beitrag dazu geleistet werden, die ZuOrdnungsvorschrift auch außerhalb eines sehr engen Bereichs um das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff- Verhältnis mit der Luftzahl λ = 1 mit hoher Genauigkeit zu kalibrieren und so dann auch außerhalb eines Betriebs der Brennkraftmaschine mit über- oder unterstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis die gewünschte Kraftstoffmenge präzise einzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kalibrations- einheit so ausgebildet, dass das jeweils vorgegebene Störmuster emissionsneutral ist. Dies trägt dazu bei, dass auch während des Durchführens der Kalibration möglichst geringe Schadstoff- emissionen erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ka- librationseinheit so ausgebildet, dass das jeweils vorgegebene Störmuster derart vorgegeben ist, dass zumindest zwei Zylinder mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis be¬ aufschlagt werden. Auf diese Weise können schnell für unter¬ schiedliche Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse entsprechende Be¬ obachter-Ausgangsgrößen ermittelt werden und diese insbesondere unter nahezu identischen Betriebsbedingungen ermittelt werden, was einen wirkungsvollen Beitrag zu einer präzisen Kalibration der ZuOrdnungsvorschrift leistet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ka- librationseinheit so ausgebildet, dass das jeweils vorgegebene Störmuster derart vorgegeben ist, dass alle zugeordneten Zylinder mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt werden. So kann eine maximale Anzahl an unter¬ schiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen pro Arbeitsspiel eingestellt werden und so eine maximale Anzahl Beobach- ter-Ausgangsgrößen pro Arbeitsspiel ermittelt werden, die diesen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen zugeordnet sind, was einen sehr wirkungsvollen Beitrag zu einer schnellen und präzisen Kalibration leistet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Kalibrationseinheit so ausgebildet, dass die ZuOrdnungsvorschrift abschnittsweise angepasst wird. Auf diese Weise können jeweilige Beobach¬ ter-Ausgangsgrößen, die entsprechenden Luft-/Kraftstoff- Verhältnissen für den jeweiligen Abschnitt zugeordnet sind, jeweils spezifisch bezogen auf die jeweiligen Abschnitte eingesetzt werden und so diese Abschnitte präzise angepasst werden. Beispielsweise kann die ZuOrdnungsvorschrift eine Kennlinie umfassen und diese Kennlinie in einzelne Abschnitte aufgeteilt sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Lambdasonde als binäre Lambdasonde ausgebildet und weist eine Reglereinheit mit einem mehreren Zylindern zugeordneten Lambdaregler auf, der so ausgebildet ist, dass eine Regeleingangsgröße abhängt von dem Lambdasignal und dass sein Reglerstellsignal eine zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst. Dies ermöglicht insbesondere einen möglichst kostengünstigen Aufbau. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Lambdaregler so ausgebildet, dass eine Regeleingangsgröße abhängt von einer Regeldifferenz, die abhängig von dem Lambdasignal und einem vorgegebenen Sollsignal gebildet wird. So ist der Lambdaregler frei von einem Zweipunktregler und der Betrag und das Vorzeichen der Regeldifferenz beeinflussen das Reglerstellsignal. Dies ermöglicht auch mit der binären
Lambdasonde eine besonders präzise Regelung unter Vermeidung relativ starker Gemischanfettungen und Gemischabmagerungen, wie dies bei einem binären Lambdaregler der Fall ist. Darüber hinaus wird so auch ein Beitrag geleistet, die Lambdaregelung auch außerhalb des stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses mit der binären Lambdasonde durchzuführen unter gleichzeitiger Erreichung geringer Schadstoffemissionen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Reglereinheit jeweilige zylinderindividuelle Lambdaregler, die dazu ausge¬ bildet sind, dass sie zu einer Gleichstellung eines
Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in den jeweiligen Zylindern beitragen. Auf diese Weise können insbesondere individuelle Abweichungen bei den Einspritzventilen oder auch Gaseinlässen der jeweiligen Zylinder berücksichtigt werden und so eine auf den jeweiligen Zylinder bezogene besonders präzise Einstellung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Kalibrationseinheit dazu eingerichtet, aktiviert zu werden, wenn eine Gleichstellung der jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse in den unter- schiedlichen Zylindern erfolgt ist.
Auf diese Weise wird ein wirkungsvoller Beitrag geleistet, dass Einflüsse durch unterschiedliche tatsächliche
Luft/KraftstoffVerhältnisse in den jeweiligen Zylindern, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Charakteristiken der jeweiligen Einspritzventile oder Gaseinlassventile, weitgehend eliminiert sind und so eine besonders präzise Kalibration der ZuOrdnungsvorschrift durchgeführt werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung, Figur 2 ein Blockdiagramm relevanter Blöcke der Steuervorrichtung,
Figur 3 ein Blockdiagramm eines Lambdareglers und
Figur 4 eine funktionale Darstellung einer Zuordnungsvor- schrift .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem
Zylinder ZI über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders ZI gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gas¬ einlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist und der beispielsweise sehr nah zu dem Auslass, dem das Auslassventil 13 zugeordnet ist, angeordnet ist. Ferner kann in dem Abgastrakt 4 auch ein weiterer Abgaskatalysator angeordnet sein, der beispielsweise als NOX-Katalysator 23 ausgebildet ist. Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine oder als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmas- sensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird.
Ferner ist eine Lambdasonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 oder in dem Abgaskatalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MSI charakteristisch ist für das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders ZI und stromaufwärts der Lambdasonde 42 vor der Oxidation des
Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff- Verhältnis in dem Zylinder ZI. Die Lambdasonde 42 kann so in dem Abgaskatalysator angeordnet sein, dass sich ein Teil des Katalysatorvolumens stromaufwärts der Lambdasonde 42 befindet. Die Lambdasonde 42 kann beispielsweise als Sprungsonde ausgebildet sein, und so auch als binäre Lambdasonde bezeichnet werden. Die Lambdasonde kann beispielsweise auch als Breitbandsonde aus¬ gebildet sein, die auch als lineare Lambdasonde bezeichnet wird.
Im Gegensatz zu der Breitbandsonde ist das dynamische Verhalten der binären Lambdasonde insbesondere bei einer der Über- gangsphase zwischen einer Magerphase und Fettphase stark nichtlinear. Die Auswertung des Messsignals in dem nichtlinearen Bereich und damit eine Auswertung der zylinderselektiven Lambdaabweichung ist eine Herausforderung, da das Abfallen beziehungsweise Steigen des Messsignals je nach Sondendynamik unter Umständen schneller als eine Zeitdauer eines Arbeitsspiels erfolgen kann. Darüber hinaus ist in der Übergangsphase eine Konvertierung des Messsignals in ein Lambdasignal deutlich unpräzise, da die Empfindlichkeit im Hinblick auf Lambda in diesem Bereich sehr gering ist.
Grundsätzlich kann auch eine Abgassonde stromabwärts des Ab¬ gaskatalysators 21 angeordnet sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder ZI sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. So können bei- spielsweise die Zylinder ZI bis Z4 beispielsweise einer Abgasbank zugeordnet sein und eine gemeinsame Lambdasonde 42 zugeordnet haben. Darüber hinaus können selbstverständlich auch weitere Zylinder vorgesehen sein, wie zum Beispiel solche, die einer zweiten Abgasbank zugeordnet sind. So kann die Brennkraftma¬ schine eine beliebige Anzahl an Zylindern umfassen.
Anhand des Blockschaltbildes der Figur 2 sind relevante Blöcke der Steuervorrichtung 25 im Folgenden näher erläutert. Die Blöcke können beispielsweise vorgegebene Daten umfassen, die in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung gespeichert sind und sie können auch Programmcode umfassen, der in dem Speicher insbesondere einem Programmspeicher der Steuervorrichtung gespeichert ist und während des Betriebs der Steuervorrichtung abgearbeitet werden kann.
Ein Block Bl umfasst eine erste Zuordnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal MSI der Lambdasonde 42 zylinderindividuelle Messsignale V_Z1, V_Z2, V_Z3 und V_Z4 zu ermitteln. In diesem Zusammenhang ist insbesondere ein Block B2 vorgesehen, der einen Umschalter umfasst. Auf diese Weise erfolgt dann die Zuordnung abhängig von geschätzten Gaslaufzeiten und gegebenenfalls eines Ansprechverhaltens der Lambdasonde 42. Die zeitliche Zuordnung ist hierbei grundsätzlich analog zu dem Vorgehen bei einer zylinderindividuellen Lambdaregelung, wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 058 008 B3 näher erläutert ist und deren Inhalt hiermit diesbezüglich entsprechend einbezogen ist . Die zylinderindividuellen Messsignale V_Z1, V_Z2, V_Z3 und V_Z4 sind eingangsseitig einem Block B4 zugeführt, der einen Be¬ obachter umfasst. Die zylinderindividuellen Messsignale V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4 werden in dem Block B4 einer ersten
Subtrahierstelle SUB1 zugeführt, in der eine Differenz zwischen diesen und einem Modell-Messsignal MS_MOD gebildet wird. Das Modell-Messsignal MS_MOD ist das Ausgangssignal eines Sen¬ sormodells, das in einem Block B18 umfasst ist. Diese Differenz wird dann in einem Verstärker K verstärkt und anschließend einem Block B6 zugeführt, der ebenfalls einen Umschalter umfasst, der synchron zu dem des Blocks B2 umgeschaltet wird.
Ausgangsseitig des Blocks B6 ist dieser je nach seiner
Schaltstellung mit einem Block B8, einem Block BIO, einem Block B12 oder einem Block B14 gekoppelt . Die Blöcke B8 bis B14 umfassen jeweils ein I-Glied, das heißt integrierendes Glied, das die an seinem Eingang anliegenden Signale integriert. Die Ausgangs¬ größen der Blöcke B8 bis B14 sind Beobachter-Ausgangsgrößen 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4, die jeweils bezogen sind auf die jeweiligen Zylinder ZI bis Z4 in entsprechender Weise.
Darüber hinaus ist in einem Block B16 ein weiterer Umschalter vorgesehen, dem die Beobachter-Ausgangsgrößen 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 und OBS_Z4 eingangsseitig zugeführt sind. Der Umschalter des Blocks B16 wird synchron zu denjenigen der Blöcke B2 und B6 umgeschaltet. Das Ausgangssignal des Blocks B16 ist Ein¬ gangsgröße eines Blocks B18.
Der Block B18 umfasst das Sensormodell der Lambdasonde 42. Dieses Sensormodell ist beispielsweise in Form eines PTl-Gliedes realisiert, kann jedoch auch noch weitere Elemente umfassen. Es umfasst als Parameter beispielsweise einen Verstärkungsfaktor und einen Anstiegszeitparameter. Ausgangsseitig des Blocks B18 wird als Ausgang des Sensormodells das Modell-Messsignal MS_MOD erzeugt. Im Gegensatz zu der zylinderindividuellen Lambdare- gelung, wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 058 008 B3 detailliert erläutert ist, erfolgt in den Blöcken Bl bis B18 keine Zuordnung des Messsignals MSI zu entsprechenden Lambdawerten also eine Umwandlung in ein Lambdasignal . Ferner ist ein Block B20 vorgesehen, der eine Kalibrationseinheit umfasst. Darüber hinaus ist ein Block B22 vorgesehen, der eine zweite Zuordnungseinheit umfasst. Ferner ist ein Block B24 vorgesehen, der eine Reglereinheit umfasst. Die Reglereinheit umfasst in einem Block B26 einen Lambdaregler, der mehreren Zylindern ZI bis Z4 zugeordnet ist, so beispielsweise allen Zylindern eines Abgasstrangs.
Ferner umfasst die Reglereinheit bevorzugt auch noch Blöcke B28, B30, B32 und B34, die jeweils zylinderindividuelle Lambdaregler umfassen. Die zylinderindividuellen Lambdaregler sind beispielsweise entsprechend denen ausgebildet, wie sie in der DE 10 2008 058 008 B3 näher erläutert sind, und deren Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
Ein beispielhafter Aufbau der Reglereinheit des Lambdareglers in dem Block B26 ist im Folgenden anhand des Blockschaltbildes der Figur 3 näher erläutert. Einer Subtrahierstelle SUB2 wird ein Lambdasignal LAM_S zu¬ geführt, das mittels einer ZuOrdnungsvorschrift ermittelt wird abhängig von dem Messsignal MSI der Lambdasonde 42. Die Zu- ordnungsvorschrift wird nachfolgend noch detaillierter anhand der Blöcke B20 und B22 näher erläutert.
Ferner wird der Subtrahierstelle SUB2 ein Sollsignal LAM_SP zugeführt und es wird eine Differenz zwischen beiden gebildet, die dann einer Regeldifferenz RDIFF zugeordnet wird. Das Sollsignal LAM_SP ist das Ausgangssignal eines Blocks B36, dem eingangsseitig ein Rohsollsignal LAM_RAW_SP und eine Zwangsanregung ZWA zugeführt sind. Dabei kann beispielsweise das Rohsollsignal LAM_RAW_SP betriebspunktabhängig vorgegeben sein und in einem beispielhaften Betriebspunkt die Vorgabe eines stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Gemisches repräsentieren. Die Zwangsanregung ZWA ist beispielsweise ein Rechtecksignal. Das Sollsignal LAM_SP wird beispielsweise unter entsprechender Summenbildung des Rohsollsignals LAM_RAW_SP und der Zwangs- anregung ZWA und unter Berücksichtigung erwarteter Abgaslaufzeiten und/oder eines erwarteten Sensorverhaltens, insbesondere eines Ansprechverhaltens ermittelt.
Die Regeldifferenz RDIFF ist eingangsseitig einem Block B38 zugeführt, der einen Regler umfasst, der beispielsweise als PID-Regler ausgebildet sein kann. Grundsätzlich kann er auch jedoch als ein beliebiger anderer bekannter Regler, wie beispielsweise ein P-, PI- oder PD-Regler ausgebildet sein. Ausgangsseitig des Blocks B38 wird ein Reglerstellsignal
LAM_FAC_FB des Lambdareglers ausgegeben, das eine letztlich zuzumessende Kraftstoffmasse beeinflusst. Das Reglerstellsignal LAM_FAC_FB des Lambdareglers ist einer Multiplizierstelle Ml zugeführt, in der durch Multiplikation mit einer zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF eine korrigierte zuzumessende Kraft¬ stoffmasse MFF_COR ermittelt wird.
Ein Block B40 ist vorgesehen, in dem abhängig von beispielsweise der Drehzahl N und der Last LOAD die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF ermittelt wird. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere Kennfelder vorgesehen sein, die vorab ermittelt sind, so zum Beispiel an einem Motorprüfstand .
Der Multiplizierstelle Ml kann eingangsseitig auch ein je- weiliges Ausgangssignal eines jeweiligen zylinderindividuellen Lambdareglers zugeführt sein.
Ein Block B42 ist dazu ausgebildet, abhängig von der korrigierten zuzumessen Kraftstoffmasse MFF_COR ein Stellsignal SG, ins- besondere für das Einspritzventil 18 des jeweiligen Zylinders ZI bis Z4 zu ermitteln.
Die Kalibrationseinheit des Blocks B20 ist in einer Ausgestaltung dazu eingerichtet, aktiviert zu werden, wenn eine Gleichstellung der jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse in den unter¬ schiedlichen Zylindern ZI bis Z4 erfolgt ist. Diese Gleichstellung erfolgt insbesondere unter Zuhilfenahme der zylin¬ derindividuellen Lambdaregler .
Darüber hinaus können auch weitere Bedingungen vorgegeben sein, dafür dass die Kalibrationseinheit aktiviert wird. So kann beispielsweise es erforderlich sein, dass die Brennkraftmaschine in einem quasi-stationären Betriebszustand betrieben wird.
Die Kalibrationseinheit ist dazu ausgebildet, ein vorgegebenes Störmuster PAT aus zylinderindividuellen Gemischabweichungen aufzuprägen. Bevorzugt ist das vorgegebene Störmuster emis¬ sionsneutral. Das jeweils vorgegebene Störmuster PAT kann derart vorgegeben sein, dass zumindest zwei Zylinder mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt werden. Besonders effizient ist es, wenn das Störmuster PAT derart vorgegeben ist, dass alle zugeordneten Zylinder ZI bis Z4 mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis be- aufschlagt werden.
Das Störmuster PAT kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder ZI um +10 % abgemagert wird, in dem Zylinder Z2 um -10 % beeinflusst wird, also um 10 % angefettet wird, in dem Zylinder Z3 um 5 "6 abgemagert wird und in dem Zylinder Z4 um 5 "6 beeinflusst wird, also um 5 % angefettet wird, so insbesondere bei einer generellen Vorgabe eines in etwa stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses . Dabei kann dies insbesondere in Form einer Vorsteuerung erfolgen und so in der Multiplizierstelle Ml eingekoppelt werden.
In Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster wird abhängig von den auf die jeweiligen Zylinder ZI bis Z4 bezogenen Beobachter-Ausgangsgrößen 0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4 die ZuOrdnungsvorschrift zwischen dem Messsignal MS der Lambdasonde 42 und dem Lambdasignal LAM_S angepasst. Dabei wird insbesondere die Information bezüglich des Störmusters PAT also der bekannten Anfettungen beziehungsweise Abmagerungen bezüglich der jeweiligen Zylinder ZI bis Z4 und die daraus resultierenden jeweiligen Beobachter-Ausgangsgrößen berücksichtigt und es kann so das entsprechende Anpassen der ZuOrdnungsvorschrift erfolgen. Die ZuOrdnungsvorschrift umfasst bevorzugt eine Kennlinie, wie sie beispielsweise anhand der Figur 4 dargestellt ist, wobei die Y-Achse in Millivolt [mV] das Messsignal MSI als Spannungssignal repräsentiert und die X-Achse die jeweils zuzuordnende Luftzahl repräsentiert, die bei 1,0 ein stöchiometrisches
Luft-/Kraftstoff-Verhältnis repräsentiert. KL1 repräsentiert die Kennlinie vor der Anpassung und KL2 die angepasste Kennlinie.
Beispielsweise kann das Anpassen der Kennlinie KL1 ab¬ schnittsweise erfolgen. So kann beispielsweise außerhalb des Übergangsbereichs um das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff- Verhältnis derjenige Abschnitt im fetten Bereich mittels derjenigen Beobachter-Ausgangsgrößen angepasst werden, die zu denjenigen Zylindern korrespondieren, die im Rahmen des
Störmusters PAT mit einem relativ angefetteten Gemisch be- aufschlagt wurden. Entsprechendes gilt dann für denjenigen
Abschnitt im mageren Bereich der Kennlinie KL1. Darüber hinaus können alternativ oder zusätzlich zu der abschnittsweisen Anpassung der ZuOrdnungsvorschrift auch andere mathematischen Methoden, wie eine basierend auf einer Rotation der Kennlinie basierend auf den erfassten Beobachter-Ausgangsgrößen OBS_Zl bis OBS_Z4, erfolgen.
Die angepasste ZuOrdnungsvorschrift kann dann in dem Block B22 genutzt werden und zwar insbesondere in der dortigen zweiten Zuordnungseinheit. Mittels der angepassten ZuOrdnungsvorschrift wird dem jeweiligen Messsignal MSI ein jeweiliges Lambdasignal LAM_S beziehungsweise ein zylinderindividuelles Lambdasignal zugeordnet, die in den Blöcken B26 beziehungsweise B28 bis B34 genutzt werden können.
Bezugs zeichenliste
1 Ansaugtrakt
2 Motorblock
3 Zylinderkopf
4 Abgastrakt
5 Drosselklappe
6 Sammler
7 Saugrohr
8 Kurbelwelle
10 Pleuelstange
11 Kolben
12 Gaseinlassventil
13 Gasauslassventil
18 Einspritzventil
19 Zündkerze
21 Abgaskatalysator
23 NOX-Katalysator
25 Steuervorrichtung
26 PedalStellungsgeber
27 Fahrpedal
28 Luftmassensensor
32 erster Temperatursensor
34 Saugrohrdrucksensor
36 Kurbelwellenwinkelsensor
38 zweiter Temperatursensor
42 Lambdasonde
44 weitere Lambdasonde
MSI Messsignal der binären Lamb¬ dasonde
LAM_FAC_FB Reglerstellsignal des Lambda reglers
N Drehzahl LOAD Last
MFF zuzumessende Kraftstoffmasse
MFF_COR korrigierte zuzumessende
Kraftstoffmasse
SG Stellsignal
V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4 zylinderindividuelle Messsig¬ nale
LAM_MOD Model1-Messsignal
OBS_Zl, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS Beobachter-Ausgangsgröße, die bezogen ist auf den jeweiligen
Zylinder
PAT Störmuster
LAM_S Lambdasignal
LAM_SP Sollsignal
LAM_RAW_SP Rohsollsignal
ZWA Zwangsanregung
RDIFF Regeldifferenz
KL1 Kennlinie
KL2 angepasste Kennlinie
Bl Block (erste Zuordnungsein¬ heit)
B2 Block (Umschalter)
B4 Block (Beobachter)
K Verstärker
SUB1, SUB2 Subtrahierstelle
B6 Block (Umschalter)
B8, BIO, B12, B14 Block (I-Glied)
B16 Block (Umschalter)
B18 Block (Sensormodell - PTl-Glied)
B20 Block (Kalibrationseinheit ) B22 Block (zweite Zuordnungsein¬ heit) B24 Block (Reglereinheit)
B26 Block (Lambdaregler)
B28, B30, B32, Block (zylinderindividueller
Lambdaregler)
B36, B38, B40, Block
Ml Multiplizierstelle

Claims

Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (ZI, Z2, Z3, Z4), denen jeweils ein Einspritzventil (18) zugeordnet ist, einem Abgastrakt (4), der einen Abgaskatalysator (21) und eine stromaufwärts oder in dem Abgaskatalysator (21) angeordnete Lambdasonde (42) umfasst, wobei
- eine erste Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Messsignal (MSI) zy¬ linderindividuelle Messsignale (V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4) zu ermitteln,
- ein Beobachter vorgesehen ist, der ein Sensormodell der Lambdasonde (42) umfasst, das in einem Rückkopplungszweig des Beobachters angeordnet ist, wobei der Beobachter so ausgebildet ist, dass ihm die zylinderindividuellen Messsignale (V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4) eingangsseitig zu¬ geführt werden und auf den jeweiligen Zylinder (ZI, Z2, Z3, Z4) bezogene Beobachter-Ausgangsgrößen (0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4) ausgangsseitig bereitgestellt werden,
- eine Kalibrationseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist,
-- ein vorgegebenes Störmuster (PAT) aus zylinderindi¬ viduellen Gemischabweichungen aufzuprägen,
-- in Reaktion auf das jeweils vorgegebene Störmuster (PAT) abhängig von den auf die jeweiligen Zylinder (ZI bis Z4) bezogenen Beobachter-Ausgangsgrößen (0BS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4) eine ZuOrdnungsvorschrift zwischen dem Messsignal (MSI) der Lambdasonde (42) und einem Lambda- signal (LAM_S) anzupassen,
- eine zweite Zuordnungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, mittels der ZuOrdnungsvorschrift eine Zuordnung zwischen dem Messsignal (MSI) und dem Lambda- signal (LAM S) durchzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Kalibrationseinheit so ausgebildet ist, dass das jeweils vorgegebene Störmuster (PAT) emissionsneutral ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei der die Kalibrationseinheit so ausgebildet ist, dass das j eweils vorgegebene Störmuster (PAT) derart vorgegeben ist, dass zumindest zwei Zylinder mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei der die Kalibrationseinheit so ausgebildet ist, dass das j eweils vorgegebene Störmuster (PAT) derart vorgegeben ist, dass alle zugeordneten Zylinder mit einem unterschiedlichen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei der die Kalibrationseinheit so ausgebildet ist, dass die ZuOrdnungsvorschrift abschnittsweise angepasst wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
- bei der die Lambdasonde (42) als binäre Lambdasonde ausgebildet ist,
- eine Reglereinheit mit einem mehreren Zylindern (ZI, Z2, Z3, Z4) zugeordneten Lambdaregler vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, dass eine Regeleingangsgröße abhängt von dem Lambdasignal (LAM_S) und dass sein Reglerstellsignal (LAM_FAC_FB) eine zuzumessende Kraftstoffmasse beein- flusst .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
bei der der Lambdaregler so ausgebildet ist, dass eine Regeleingangsgröße abhängt von einer Regeldifferenz (RDIFF) , die abhängig von dem Lambdasignal (LAM_S) und einem vorgegebenen Sollsignal (LAM_SP) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Reglereinheit umfasst mit jeweiligen zylinder¬ individuellen Lambdareglern, die dazu ausgebildet sind, dass sie zu einer Gleichstellung eines
Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses in den jeweiligen Zylindern (ZI, Z2, Z3, Z4) beitragen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kalibrationseinheit dazu eingerichtet ist, aktiviert zu werden, wenn eine Gleichstellung der jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Verhältnisse in den unter¬ schiedlichen Zylindern (ZI, Z2, Z3, Z4) erfolgt ist.
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