DE102008029346A1

DE102008029346A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bei Lambdaregelung, Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers in einem Abgasstrang sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008029346A1
Application number: DE102008029346A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall; Christoph Risse
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2028-06-21
Also published as: DE102008029346B4

Abstract

Im Rahmen einer Lambdaregelung unter Verwendung von Breitbandlambdasonden wird erstmals vorgeschlagen, eine im Regelkreis verwendete Größe zu korrigieren. Hierdurch wird eine erfolgreiche Regelung möglich. Es wird auch möglich, die Sauerstoffkapazität eines Sauerstoffspeichers (26) korrekt zu bestimmen. Beispielsweise ist es möglich, aus den Ausgangssignalen (Messwerten) einer nicht voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde (20) die Signale zu rekonstruieren, die die Lambdasonde abgeben würde, wäre sie voll funktionsfähig.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Sie betrifft auch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 16 zum Ermitteln der Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers in einem Abgasstrang. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, in dem die erfindungsgemäßen Verfahren jeweils durchführbar sind.
Das Betreiben eines Verbrennungsmotors soll vorliegend im Rahmen einer so genannten Lambdaregelung erfolgen. Es gibt ein Steuergerät, das die Menge an dem Verbrennungsmotor zugeführter Luft und an Kraftstoff, also das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bestimmt. Dieses Steuergerät arbeitet in Abhängigkeit von Steuersignalen, die in einem Regelkreis bereitgestellt werden. Das Abgas aus dem Verbrennungsmotor wird einer Breitbandlambdasonde zugeführt. Bekanntlich ist eine Breitbandlambdasonde eine solche Sonde, die in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem ihr zugeführten Abgas ein Ausgangssignal (z. B. eine Spannung) und so einen Messwert bereitstellt. Dieses Ausgangssignal wird nun in dem Regelkreis eingesetzt.
Breitbandlambdasonden können aufgrund von Alterung oder Vergiftung Einschränkungen in ihrer Funktionsfähigkeit haben. Bei den typischerweise verwendeten Nernst-Sonden führt eine Alterung zum Effekt, dass die von der nicht voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde bereitgestellten Signale gegenüber den bei einer voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde sonst bereitgestellten Signalen einer Tiefpassfilterung unterzogen wurden. Zur Tiefpassfilterung kann eine Totzeit hinzutreten.
In einem geregelten System können sich diese Einschränkungen in der Funktionsfähigkeit der Lambdasonden äußerst stark und schädlich auswirken, so dass beim Betrieb des Verbrennungsmotors ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird, zuviel Kraftstoff verbraucht wird, und damit einhergehend auch die zugehörigen Abgasvorschriften nicht eingehalten werden können.
Bevor Breitbandlambdasonden in einem Abgasstrang eingesetzt wurden, setzte man so genannte Sprungsonden ein. Durch eine Sprungsonde ist ein Übergang von einem fetten zu einem mageren Abgas erkennbar, das genaue Luft-Kraftstoff-Verhältnis konnte jedoch nicht ermittelt werden. Dementsprechend war eine Regelung nur im eingeschränkten Maße möglich. Hierbei spielten Schaltzeiten eine Rolle, die mit Hilfe der Sprungsonden gemessen wurden. In der DE 44 36 121 C2 ist beschrieben, dass Abnormitäten bei den ermittelten Schaltzeiten ermittelt und korrigiert werden können.
Bei Breitbandlambdasonden ist die Situation allerdings komplexer.
Das Problem der eingeschränkten Funktionsfähigkeit der Breitbandlambdasonden stellt sich auch beim Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers in einem Abgasstrang. Derartige Sauerstoffspeicher sind üblicherweise in den im Abgasstrang bereitgestellten Katalysator integriert bzw. mit diesem gekoppelt. Die Speicherkapazität muss ermittelt werden, um überprüfen zu können, ob der Sauerstoffspeicher voll funktionsfähig ist oder nicht. Bei dieser Ermittlung wird eine dem Sauerstoffspeicher vorgeschaltete Breitbandlambdasonde verwendet sowie eine dem Sauerstoffspeicher nachgeordnete Lambdasonde. Der Abgasstrang wird mit einem definierten ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt, anschließend folgt direkt ein Wechsel zu dem Beaufschlagen mit dem definierten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Typischerweise wird zunächst fettes Abgas zugeführt, dann mageres Abgas. Aufgrund von Signalen der vorgeschalteten Breitbandlambdasonde wird ein erster Erfassungszeitpunkt ermittelt, und aufgrund von (Spannungs-)Signalen der nachgeschalteten Lambdasonde ein zweiter Erfassungszeitpunkt ermittelt. Die Erfassungszeitpunkte sind derartige Zeitpunkte, zu denen sich der Wechsel in der Beaufschlagung des Abgasstrangs in den Signalen der Lambdasonde niederschlägt. Bei der Breitbandlambdasonde wird der Erfassungszeitpunkt dem Überschreiten (gegebenenfalls Unterschreiten) eines Schwellwerts durch den Messwert zugeordnet. Bei einer nachgeschalteten Sprungsonde wird der Zeitpunkt des Sprungs als zweiter Erfassungszeitpunkt ermittelt. Der zweite Erfassungszeitpunkt ist derjenige Zeitpunkt, an dem das definierte zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht mehr durch Wirkung des Sauerstoffspeichers des Katalysators verschleiert wird. Ist das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein solches für mageres Abgas, speichert der Sauerstoffspeicher nach und nach Sauerstoff. Dadurch wird das dem Sauerstoffspeicher zugeführte magere Abgas weniger mager, wenn es den Sauerstoffspeicher verlässt. Erst, wenn der Sauerstoffspeicher gefüllt ist, wird das magere Abgas quasi unverändert zur nachgeschalteten Lambdasonde weitergeleitet. Dann erst erfolgt der Sprung im Signal der Lambdasonde. Berechnet man nun ein Integral aus zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungszeitpunkt gemessenen Ausgangssignalen der vorgeschalteten Breitbandlambdasonde bzw. den zugehörigen Messwerten, so ist dieses Integral ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit. Hierbei ist jedoch vorausgesetzt, dass die Breitbandlambdasonde (wie auch die nachgeschaltete Lambdasonde) korrekt funktioniert. Aufgrund von Alterung der Breitbandlambdasonde kann das entsprechende Integral stark verfälscht werden und so eine unzutreffende Aussage über die Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers gemacht werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, sowohl bei einem Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, also bei einer Lambdaregelung, als auch bei einem Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 16 dafür zu sorgen, dass die Effekte einer Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde verringert oder gar vollständig beseitigt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Passend zu diesen Verfahren wird ein spezifisches Kraftfahrzeug bereitgestellt, und zwar das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 passend zur bevorzugten Ausführungsform zum erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gemäß Patentanspruch 2. Passend zur weiteren bevorzugten Ausführungsform eines solchen Verfahrens gemäß Patentanspruch 4 wird ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 14 bereitgestellt. Passend zu einer bevorzugten Ausführungsform zum erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Patentanspruch 7 wird ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15 bereitgestellt. Zum Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität eines Sauerstoffs gemäß Patentanspruch 16 passend wird ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 19 bereitgestellt.
Sämtlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist gemeinsam, dass zumindest eine Größe zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler der Breitbandlambdasonde korrigiert wird.
Bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 handelt es sich bei der zu korrigierenden Größe um eine im Regelkreis verwendete Größe. Bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 16 werden die Ausgangssignale der Breitbandlambdasonde zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler korrigiert, und diese korrigierten Ausgangssignale werden zum Ermitteln des ersten Erfassungszeitpunkts und/oder zum Berechnen des Integrals herangezogen.
Es gibt verschiedene bevorzugte Ausführungsformen zum erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
Die erste bevorzugte Ausführungsform gemäß Patentanspruch 2 verändert den Aufbau des Reglersystems: Es wird bei der Lambdaregelung das von der Breitbandlambdasonde bereitgestellte Ausgangssignal, also die Messwerte, zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet, um einen Reglereingang des Reglers zu bestimmen. Während üblicherweise eine Differenz zwischen einem durch die Sollwertfunktion definierten Sollwert und dem bereitgestellten Messwert gebildet und dem Reglereingang zugeführt wird, wird vorliegend der bereitgestellte Messwert zunächst korrigiert, bevor die Differenz gebildet wird.
In dem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 ist das Verfahren gemäß Patentanspruch 2 dadurch ermöglicht, dass der Signalausgang der Breitbandlambdasonde mit einer Korrektureinheit verbunden ist, die mit einem Eingang des Addierers verbunden ist, der zur Berechnung der Differenz bereitgestellt ist und hierzu einen invertierenden Eingang aufweist.
Die erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, dass es Gesetzmäßigkeiten in den von einer in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigten Breitbandlambdasonde abgegebenen Ausgangssignalen gibt, so dass eine zumindest näherungsweise Rekonstruktion des Signals, wie es aussähe, wäre die Breitbandlambdasonde voll funktionsfähig, möglich ist.
Diesbezüglich wurde seitens des Erfinders der vorliegenden Anmeldung erkannt, dass durch Differenzieren des bereitgestellten Messwerts, gleichzeitiges Multiplizieren des bereitgestellten Messwerts mit einem Faktor und Addieren der durch das Differenzieren gebildeten Ableitung und des durch das Multiplizieren bereitgestellten Produkts ein korrigierter Messwert bereitgestellt werden kann, der zumindest näherungsweise so aussieht, wie wenn die Breitbandlambdasonde voll funktionsfähig wäre. Die Korrektur funktioniert um so besser, je mehr sich die Effekte der Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde so auswirken, als handle es sich um einen Filter erster Ordnung. Durch die beschriebene Maßnahme wird ein Differenzierer erster Ordnung bereitgestellt. Dem Filter erster Ordnung entspricht eine Integration, dem Differenzierer eine Differenzierung, und beide Effekte gleichen sich haargenau aus.
In dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug werden gemäß Patentanspruch 13 zur Durchführung dieses Verfahrens Mittel zum Differenzen zum Erzeugen einer Ableitung, Mittel zum Multiplizieren zum Erzeugen eines Produkts und Mittel zum Addieren der Ableitung und des Produkts bereitgestellt. Ableitung, Produkt und die durch die Mittel zum Addieren erzeugte Summe können als Signale verarbeitet werden, aber auch abstrakt als Datenwerte behandelt werden.
Einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors wird aus dem von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Messwert eine Bestimmungsgröße abgeleitet und in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße die im Regelkreis verwendete Größe festgelegt (bestimmt). Das Festlegen kann hierbei in der Weise erfolgen, dass die im Regelkreis verwendete Größe Standardwerte hat, und dass lediglich bei Feststellung einer Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde bewirkt wird, dass diese Größe im Vergleich zu ihrem Standardwert korrigiert wird.
Dieser Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch Maßnahmen an anderer Stelle als der Bereitstellung der Messwerte durch die Breitbandlambdasonde Effekte einer Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde, die sich in dem bereitgestellten Signal niederschlagen, ausgeglichen werden können, oder wenn sie nicht perfekt ausgeglichen werden können, dass an dieser anderen Stelle Gegenmaßnahmen getroffen werden können, die die negativen Wirkungen der Effekte (erhöhter Kraftstoffverbrauch, Nichteinhaltenkönnen der Abgasvorschriften) verkleinern bzw. verhindern. Der zweite bevorzugte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn durch das oben beschriebene Differenzieren der Messwerte/des Ausgangssignals und Hinzuaddieren eines Proportionalanteils aufgrund von Unregelmäßigkeiten in den Effekten der Funktionsbeeinträchtigungen nicht optimale Messwerte bzw. ein optimales Ausgangssignal für eine voll funktionsfähige Breitbandlamdasonde rekonstruierbar sind bzw. ist.
Als im Regelkreis verwendete Größe kann, wenn der von der Breitbandlambdasonde bereitgestellte Messwert zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet wird, um einen Reglereingang eines Reglers zu bestimmen, zumindest ein Regelparameter in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße bestimmt werden. Typischerweise wird ein Proportional-Integral-Regler (P-I-Regler) eingesetzt. Die Reglerparameter sind dann ein Proportionalfaktor und eine Nachstellzeit. Einer dieser Reglerparameter oder beide können variabel festgelegt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße, welche eine Aussage über eine Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde macht. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die Effekte der Funktionsbeeinträchtigung der Breitbandlambdasonde gerade durch die Wirkung des Reglers besonders negativ auswirken, z. B. verstärken. Ein Eingriff am Regler selbst kann dann diesen Effekten entgegenwirken.
Zur Durchführung des so beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens muss dem Regler eine Einheit zum Festlegen von zumindest einem Reglerparameter zugeordnet sein. Diese Einheit soll dann mit dem Signalausgang der Breitbandlambdasonde verbunden sein. Damit wird es möglich, dass diese Einheit zumindest einen Regelparameter in Abhängigkeit von einer aus der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Spannung abgeleiteten Bestimmungsgröße festlegt.
Es ist auch möglich, dass, wenn der von der Breitbandlambdasonde bereitgestellte Messwert zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet wird, um einen Reglereingang eines Reglers zu bestimmen, auch diese Sollwertfunktion in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße bestimmt wird. Typischerweise handelt es sich bei der Sollwertfunktion um eine Rechteckfunktion. Es kann dann der Mittelwert in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße verändert werden. Dieser liegt typischerweise bei λ = 1 und kann bei nicht voll funktionsfähiger Breitbandlambdasonde zu einem Wert λ ≠ 1 geändert werden. Genauso kann auch die Amplitude der Sollwertfunktion geändert werden.
Zur Durchführung des so beschriebenen Verfahrens wird der Signalausgang der Breitbandlambdasonde oder der Ausgang des Reglers auch mit einer Auswerteeinheit gekoppelt, die Teil einer Einheit ist, durch die die Sollwertfunktion festgelegt wird oder mit dieser verbunden ist. Dadurch wird es möglich, die Sollwertfunktion in Abhängigkeit von aus dem von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Messwert oder dem Reglerausgangssignal abgeleiteten Bestimmungsgröße festzulegen.
Ein Maß für die Alterung einer Breitbandlambdasonde ist eine Verzögerungszeit zwischen dem Durchlaufen eines geeignet ausgewählten Werts durch die Sollwertfunktion einerseits und durch den von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Messwert andererseits. Man wird einen Zwischenwert zwischen den Extremwerten der Rechteckfunktion wählen. Das Durchlaufen dieses Zwischenwerts ist dann Zeichen für den Sprung in der Rechteckfunktion, und die Verzögerungszeit gibt wieder, wie der Effekt der Tiefpassfilterung ist, wie also die Messwertkurve abgeflacht ist.
Genauso kann die Bestimmungsgröße auch die Amplitude einer Größe im Regelkreis sein, z. B. der von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Spannung selbst oder auch des I-Anteils im Ausgang des Reglers.
Bei den bisher genannten Aspekten der Erfindung war davon ausgegangen, dass die Breitbandlambdasonde im Rahmen einer schnellen Regelung eingesetzt wird, wofür typischerweise die Vorkatsonde eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch dann eingesetzt werden, wenn die Breitbandlambdasonde eine Nachkatsonde ist, also eine langsame Regelung bewirkt. Ist die Breitbandlambdasonde eine Nachkatsonde, so wird die von ihr bereitgestellte Spannung zusammen mit einem Sollwert (der typischerweise konstant ist) zur Bestimmung einer Sollwertfunktion verwendet. Diese Sollwertfunktion ist dann die oben erwähnte Sollwertfunktion, die üblicherweise mit dem von der Vorkatsonde bereitgestellten Messwert verglichen wird. Auch, wenn die Nachkatsonde nicht voll funktionsfähig ist, kann die Regelung beeinträchtigt werden. Daher wird bevorzugt auch das von der Nachkatsonde bereitgestellte Ausgangssignal korrigiert und eine Differenz zwischen dem Sollwert und dem korrigierten Ausgangssignal gebildet, und diese Differenz wird dann zur Bestimmung der Sollwertfunktion für das von der Vorkatsonde bereitgestellte Ausgangssignal eingesetzt.
Eine als Nachkatsonde eingesetzte Breitbandlambdasonde unterscheidet sich in ihrem Alterungsverhalten nicht von einer als Vorkatsonde eingesetzten Breitbandlambdasonde. Die Alterung bewirkt insbesondere eine Filterung erster Ordnung, d. h. dass auch hier bevorzugt ein Differenzierer erster Ordnung nachgeschaltet wird: Es wird differenziert und die Ableitung mit dem Produkt aus dem bereitgestellten Messwert und einem Proportionalfaktor addiert, um den korrigierten Messwert zu erhalten.
Die Erfindung beruht, wie oben erläutert, in dem ersten Aspekt, der das Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (Lambdaregelung) betrifft, auf der Erkenntnis, dass die Messwerte rekonstruiert werden können, die die Breitbandlambdasonde abgeben würde, wenn sie voll funktionsfähig wäre, auch wenn sie dies eben nicht ist. Dies wird bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 16 bei der Ermittlung der Speicherkapazität berücksichtigt. Es ist insbesondere auch möglich, dies zu berücksichtigen, wenn neben der dem Sauerstoffspeicher vorgeschalteten Lambdasonde auch die diesem nachgeschaltete Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde ist.
Wie oben erwähnt, kann die Korrektur der Ausgangssignale dadurch erfolgen, dass der bereitgestellte Messwert differenziert wird, die so gebildete Ableitung zu dem mit einem Faktor multiplizierten bereitgestellten Messwert addiert wird und diese Summe den korrigierten Messwert darstellt, der im Weiteren verwendet wird.
Zur Ermittlung der Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers ist üblicherweise in einem Kraftfahrzeug eine Auswerteeinheit bereitgestellt, die mit dem Steuergerät verbunden ist und die oben genannten Schritte des Beaufschlagens des Abgasstrangs mit definiertem ersten und zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bewirken kann. Die Auswerteeinheit ist hierzu mit den Signalausgängen der beiden Lambdasonden verbunden. Damit in der Auswerteeinheit das Signal einer voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde rekonstruiert werden kann, umfasst diese Mittel zum Differenzieren zum Erzeugen einer Ableitung (wobei die Signale aus zumindest einem der Signalausgänge differenziert werden), Mittel zum Multiplizieren zum Erzeugen eines Produkts (wobei die Signale aus demselben Signalausgang mit einem Faktor multipliziert werden) und Mittel zum Addieren der Ableitung und des Produkts. Die so erhaltene Summe wird dann in geeigneten weiteren Mitteln zum Berechnen eines Integrals und einer weiteren Größe aus diesem Integral (z. B. unter Multiplizieren des Integrals mit einem Faktor) weiterverarbeitet.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in ihren verschiedenen Aspekten unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
1 schematisch den Aufbau der bei der Erfindung eine Rolle spielenden Bauteile in einem Kraftfahrzeug,
2 in Symboldarstellung einen Regelkreis, von dem die Erfindung als Stand der Technik ausgeht,
3 schematisch eine Mehrzahl von im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen bei Betrieb des Regelkreises aus 2,
4 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, und
5 die durch Verwendung des Regelkreises aus 4 erhaltenen, im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen analog zu 3 zeigt,
6 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis gemäß einer zweiten Ausführungform der Erfindung veranschaulicht, und
7 die durch Verwendung des Regelkreises aus 6 erhaltenen, im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen analog zu 3 zeigt,
8 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und
9 einige Größen, die im Regelkreis aus 8 gemessen und ermittelt werden, und
10 einen erfindungsgemäßen Regelkreis in Analogie zum Regelkreis aus 2 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
11 einige in einem Regelkreis gemäß 10 gemessene und verwendete Größen zur Erläuterung des vierten Aspekts der Erfindung veranschaulicht.
Ein in 1 gezeigtes und im Ganzen mit 10 bezeichnetes System wird typischerweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, wenn eine Abgasregelung erfolgen soll. Das Kraftfahrzeug wird mit einem Verbrennungsmotor 12 angetrieben. Diesem wird Kraftstoff zugeführt. Ein Regelkreis 14 umfasst eine Steuereinheit 16, die die Zufuhr von Kraftstoff, gegebenenfalls auch von Luft in den Verbrennungsmotor 12 regelt. Durch die Steuereinheit 16 wird festgelegt, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch im Abgas aus dem Verbrennungsmotor 12 aussieht. Das Abgas wird über eine Leitung 18 zu einer Breitbandlambdasonde 20 geleitet, die in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Ausgangssignal abgibt. Vorliegend wird bei Verwendung einer Nernst-Sonde davon ausgegangen, dass eine zugehörige Stromsteuereinheit Teil der Breitbandlambdasonde ist. Das Ausgangssignal dieser Steuereinheit, das typischerweise digital als Messwert bereitgestellt ist, wird vorliegend als Ausgangssignal bzw. bereitgestellter Messwert der Breitbandlambdasonde angesehen. Dieses Ausgangssignal wird nun über eine Verbindungsleitung 22 dem Regelkreis 14 zugeführt. Im Abgasstrang der Breitbandlambdasonde 20 nachgeordnet ist ein Katalysator 24, der insbesondere einen Sauerstoffspeicher 26 umfasst. Dem Katalysator 24 und dem Sauerstoffspeicher 26 ist eine weitere Lambdasonde 28, typischerweise eine Sprungsonde, gegebenenfalls aber auch eine weitere Breitbandlambdasonde, nachgeordnet. Durch diese kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinter dem Katalysator 24 und dem Sauerstoffspeicher 26 gemessen werden. Ein entsprechendes Spannungssignal oder Ausgangssignal (Messwert) wird über eine Verbindungsleitung 30 dem Regelkreis 14 zugeführt.
Bei der Lambdaregelung wird ein Sollverhalten für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Die Breitbandlambdasonde 20 und die Lambdasonde 28 ermitteln das Ist-Verhalten, und der Regelkreis 14 reagiert hierauf und bewirkt ein Ansteuern des Verbrennungsmotors 12 bzw. der Zufuhr von Kraftstoff zu ihm durch die Steuereinheit 16 zur Einstellung des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ.
2 erläutert nun den Regelkreis 14:
Die Darstellung ist symbolisch, so dass zum besseren Verständnis einzelne Elemente des Regelkreises auch mit denselben Bezugszahlen wie die Bauteile aus 1 bezeichnet sind, ohne dass hierdurch in jedem Fall eine konkrete Anordnung gemeint ist. Den Signalpfaden entsprechen jedoch grundsätzlich Verschaltungen.
Es gibt dann einen äußeren und einen inneren Regelkreis. Der äußere Regelkreis ist der langsamere. Es handelt sich hierbei um den Regelkreis, bei dem die von der Lambdasonde 28 hinter dem Katalysator 24 gemessenen Werte λ_n-ist mit einem Sollwert λ_n-soll verglichen werden. Insbesondere wird der von der Lambdasonde 28 gemessene Wert λ_n-ist über die Leitung 30 einem Addierer 32 des Regelkreises 14 zugeführt, der einen invertierenden Eingang aufweist. Über den nicht invertierenden Eingang wird ein Sollwert λ_n-soll zugeführt, der üblicherweise konstant ist. Im Addierer wird somit die Differenz Δλ_n = λ_n-soll – λ_n-ist berechnet. Diese Differenz wird einer Einheit 34 zugeführt. Diese Einheit 34 legt eine zeitabhängige Funktion λ_v-soll für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor dem Katalysator 24 und dem Sauerstoffspeicher 26 fest. Diese Größe wird dem nicht invertierenden Eingang eines Addierers 36 zugeführt. Der Addierer 36 weist einen weiteren, invertierenden Eingang auf. Diesem wird das von der Breitbandlambdasonde 20 gemessene Signal λ_v-ist zugeführt. Somit wird die Differenz Δλ_v = λ_v-soll – λ_v-ist gebildet. Diese Größe wird einem Regler 38 zugeführt. Typischerweise wird bei der Lambdaregelung ein Proportional-Integral-Regler (P-I-Regler) als Regler 38 verwendet. In dem P-I-Regler 38 wird das Signal Δλ_v, welches als Δλ_v(t) zeitabhängig ist, einerseits mit einem Proportionalitätsfaktor p multipliziert. Gleichzeitig wird die Größe Δλ_v(t) ständig integriert und auf die Nachstellzeit T_N normiert. Diese wird zusätzlich ebenfalls mit dem Faktor p multipliziert, man erhält somit für das Ausgangssignal U(t) des Reglers 38:
Der Ausgang des Reglers setzt sich somit aus einer Größe P, die auf die Proportionalverstärkung zurückgeht, und einer Größe I, die dem normierten und mit dem Verstärkungsfaktor p verstärkten Integral entspricht, zusammen.
Der Regler gibt das Ausgangssignal U(t) an das Steuergerät 16 weiter. Dieses steuert den Verbrennungsmotor 12 in Abhängigkeit von dem ihm vom Regler 38 des zugeführten Signal an und bewirkt somit eine Festlegung von λ_v-ist. Hinter dem Katalysator 24 wird durch die Breitbandlambdasonde 28 das Signal λ_n-ist gemessen, das wie oben beschrieben über die Leitung 30 dem Addierer 33 zugeführt wird.
Der Wert von λ_n-ist ändert sich lediglich dann, wenn bei dauerhaft falsch eingestelltem Wert λ_n-soll dem Sauerstoffspeicher zuviel Sauerstoff entnommen wird oder umgekehrt der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt wird. Im Idealfall ist der Sauerstoffspeicher ungefähr halb gefüllt. Die Lambdawerte λ_v-soll oszillieren um einen solchen Wert, dass sich an der Füllung des Sauerstoffspeichers 26 mit Sauerstoff nichts ändern soll. Daher ist der äußere Regelkreis besonders langsam.
Die im Folgenden anhand der 3 bis 8 beschriebenen Effekte und Maßnahmen betreffen ausschließlich den inneren Regelkreis. Anhand von 9 und 10 wird die Erfindung in einem Aspekt beschrieben, der auf den äußeren Regelkreis bezogen ist.
3 zeigt eine Mehrzahl von Kurven. Hierbei ist davon ausgegangen, dass λ_n-soll konstant ist. Die Kurve 40 zeigt dazu das Verhalten von λ_v-soll(t) wie es durch die Einheit 34 vorgegeben wird. Es ist nun davon ausgegangen, dass die Breitbandlambdasonde 20 einer starken Alterung unterlegen ist. Sie reagiert daher nicht unmittelbar auf einen Wechsel im Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ gemäß Kurve 40: Während die Kurve 40 den Wert λ = 1 zum Zeitpunkt t₁ durchläuft, durchläuft eine Kurve 42, die das Verhalten von λ_v-ist in Abhängigkeit von der Zeit bei der durch die Kurve 40 vorgegebenen Situation wiedergibt, den Wert λ = 1 erst zu einem späteren Zeitpunkt t₂. Eine gealterte Breitbandlambdasonde zeigt den Effekt einer Tiefpassfilterung des eigentlichen, zu messenden Signals. Da zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ bis hin zum Zeitpunkt t₃, bei dem λ_v-ist genau gleich λ_v-soll wird, λ_v-ist < λ_v-soll ist, versucht der P-I-Regler 38, diesen Effekt auszugleichen. Die Kurve 44 zeigt den P-Anteil im Ausgangssignal des Reglers 38, die Kurve 46 den I- Anteil im Ausgangssignal. Es ist ersichtlich, dass insbesondere der I-Anteil eine große Amplitude aufweist. Diese erreicht ihr Maximum gerade zum Zeitpunkt t₃. Die Summe U = P + I ist als Kurve 48 wiedergegeben. Bis zum Zeitpunkt t₄ überschreitet die Kurve 48 die Kurve 40. Dies bedeutet, dass das Steuergerät 16 zuviel Kraftstoff zuführt. Dies bewirkt, dass in der Kurve 42 ein Anstieg über die Kurve 40 hinaus zu verzeichnen ist.
Analog ist das Verhalten beim Wechsel von fett zu mager. Eine Lambdasonde kann auch einen asymmetrischen Effekt bei Alterung aufweisen. In diesem Falle ist ein ähnliches Verhalten lediglich bei Wechsel von fett zu mager oder Wechsel von mager zu fett zu sehen. Im vorliegenden anhand von 3 erläuterten Fall einer symmetrischen Wirkung der Alterung schwankt das Signal λ_v-ist gemäß Kurve 42 zwischen den Werten λ = 0,9 und λ = 1,1. Gemäß der Kurve 40 sollte es jedoch lediglich zwischen den Werten λ = 0,95 und λ = 1,05 schwanken. Die Alterung der Sonde bewirkt also eine Verstärkung der gewünschten Effekte, was zu Folge hat, dass insgesamt zuviel Kraftstoff verbraucht wird und auch die Abgaszusammensetzung schlechter wird, insbesondere möglicherweise gesetzliche Abgasvorschriften nicht eingehalten werden.
Vorliegend soll anhand dreier Ausführungsformen, die in den 4, 6 bzw. 8 gezeigt sind, erläutert werden, welche Maßnahmen in dem Regelkreis 14 getroffen werden können, um auch bei nicht voll funktionsfähiger Breitbandlambdasonde 20 ein noch einigermaßen gut funktionierendes Regelsystem zu erhalten, das insbesondere für eine Einhaltung der Abgasvorschriften sorgt.
Bei einer ersten Ausführungsform, die anhand von 4 erläutert wird, wird anders als beim Regelkreis des Standes der Technik das von der Breitbandlambdasonde 20 gemessene Signal λ_v-ist nicht unmittelbar dem invertierenden Eingang des Addierers 36 zugeführt. Vielmehr ist eine Einheit 50 zwischengeschaltet, in der eine Korrektur von λ_v-ist erfolgt. Im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist es unerheblich, ob tatsächlich eine Korrektur an dem ermittelten Wert λ_v-ist oder an den Ausgangssignalen der Breitbandlambdasonde 20 und somit den Messwerten erfolgt, denn letztere sind mit dem Wert λ_v-ist korreliert. In der Korrektureinheit 50 wird der Wert λ_v-ist einerseits differenziert. Andererseits wird er mit einem Proportionalfaktor, der kleiner als 1 ist, multipliziert. Die Ableitung sowie das Produkt werden dann addiert. Die Einheit 50 stellt somit einen Differenzierer erster Ordnung dar. Ein Differenzierer erster Ordnung gleicht bekanntlich einen Filter erster Ordnung aus, der die Wirkung einer Integration hat. Eine gealterte Breitbandlambdasonde zeigt jedoch genau den Effekt, als seien die Signale einer voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde einem Filter erster Ordnung unterworfen worden. Durch die Einheit 50 wird somit der Effekt der Alterung ausgeglichen. Es wird der Wert λ_v-istkorr dem invertierenden Eingang des Addierers 36 zugeführt. Damit ist aus Sicht des Addierers 36 ein Signal bereitgestellt, das dem einer voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde entspricht.
In 5 sind die Kurve 40 sowie die den Kurven 42, 44, 46 und 48 aus 3 entsprechenden Kurven 42b, 44b, 46b, 48b für den Fall einer voll funktionsfähigen Breitbandlambdasonde gezeigt. Dieser Fall wird durch die Einheit 50 simuliert.
Zum Zeitpunkt t₂ (3) ist bei der gealterten Lambdasonde in der Kurve 42 ein relativ steiler Anstieg zu sehen. Daher kann durch Addieren der Ableitung ein recht großer Abstand zwischen der Kurve 42 und 40 zu diesem Zeitpunkt ausgeglichen werden. Zum Zeitpunkt t₄ fällt die Kurve 42 ab. Dadurch wird korrigiert, dass die Kurve 42 über der Kurve 40 liegt, denn die Ableitung ist negativ, und die Summe der Ableitung mit dem Proportionalanteil nähert sich dann wieder dem durch die Kurve 40 vorgegebenen Wert an.
So lässt sich vermittels der Einheit 50 die Kurve 42b (5) erhalten, die nahezu vollständig mit der Kurve 40 identisch ist. Es wird eine stabile Regelung erzielt. Die Amplitude im I-Anteil des Reglerausgangs des Reglers 38 ist, wie anhand von Kurve 46b zu erkennen, gering. Beim Reglerausgang kommt es gemäß der Kurve 48b lediglich zu einem kleinen Überschwingen kurz hinter den jeweiligen Sprüngen in der Kurve 40.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Wert λ_v-ist von der Breitbandlambdasonde 20 einer Einheit 53 zugeführt. Kennzeichen des verwendeten Reglers 38' ist es, dass der im Regler 38' verwendete Faktor p und die Nachstellzeit T_N variabel sind. Sie werden durch eine Einheit 52 festgelegt. Die Einheit 52 wertet nun die Werte λ_v-ist aus. Ergebnis der Auswertung ist die Festlegung der Größen p und T_N.
Anhand von 3 ist erläutert worden, dass insbesondere der I-Anteil im Ausgang des Reglers 38 ein Überschwingen der Kurve 48 und damit auch der Kurve 42 bewirkt. Wird nun dieser I-Anteil reduziert (T_N vergrößert), gegebenenfalls der Faktor p ebenfalls verändert (verkleinert), lässt sich das anhand der Kurven 40, 42c, 44c, 46c und 48c in 7 gezeigte Verhalten erzielen: Wie an den Kurven 44c und 46c zu erkennen, reagiert der Regler 38' aufgrund der Änderung der Größen p und T_N gegenüber der den Kurven aus 3 zugrundeliegenden Situation weniger stark: Sämtliche Ausschläge in den Kurven 44c und 46c sind kleiner als in den Kurven 44 und 46. Entsprechend gibt es auch in der Kurve 48c einen geringeren Ausschlag als in Kurve 48, und dies führt dazu, dass der Wert λ_v-ist gemäß Kurve 42c geringer schwankt als gemäß Kurve 42. Während in Kurve 42 die Werte zwischen λ = 0,9 und λ = 1,1 schwanken, schwankt in der Kurve 42c der Wert von λ lediglich zwischen 0,93 und 1,07. Gewünscht ist ein Schwanken zwischen den Werten 0,95 und 1,05. Die kleine Abweichung ist aber noch akzeptabel.
Das Festlegen der Werte p und T_N soll in Abhängigkeit vom Verhalten von λ_v-ist erzeugt werden. Es soll aus λ_v-ist erkannt werden, wie stark durch Alterung der Sonde das korrekte Signal verfälscht ist. Dies lässt sich am einfachsten dadurch bewerkstelligen, dass aus der Kurve 42c, also aus dem Verhalten von λ_v-ist über die Zeit, eine Größe abgeleitet wird. Beispielsweise lässt sich der Zeitversatz Δt₆₆ ermitteln. Es handelt sich hierbei um den Zeitversatz zwischen einem Sprung im Sollsignal gemäß Kurve 40 und im Istsignal gemäß Kurve 42c. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Sprung ausgehend von λ = 1 erfolgt. Es wird der Zeitpunkt t₅ ermittelt, zu dem 66% des Sprungs erfolgt sind, vorliegend also beim Sprung von 1,0 auf 1,05 ein Sprung auf 1,033 erfolgt ist. Dann wird zur Kurve 42c ermittelt, wann diese denselben Wert λ = 1,033 erreicht hat. Dies ist der Zeitpunkt t₆. Die Differenz t₆ – t₅ ist nun genau der zu ermittelnde Zeitversatz Δt₆₆.
Die Größe Δt₆₆ wurde vorliegend anhand von 7 erläutert, also dem Zustand, in dem bereits eine Anpassung der Größen p und T_N durch die Einheit 52 erfolgt ist. Bevorzugt wird diese Größe ständig ermittelt. Beispielsweise könnte sie bei unveränderten Größen von p und T_N auch anhand der Kurven 40 und 42 aus 3 ermittelt worden sein. Dann würde eine Ermittlung der Größe Δt₆₆ zu einer Änderung der Größen p und T_N geführt haben. Wird Δt₆₆ wie in 7 gezeigt ermittelt, ist dies Anzeichen dafür, dass die Werte für p und T_N dauerhaft so bleiben sollen wie sie eingestellt sind. Durch weitere Alterung der Breitbandlambdasonde kann sich Δt₆₆ insbesondere noch vergrößern. Dann wären auch p und T_N gegebenenfalls weiter anzupassen. Der Einheit 52, der die Größe λ_v-ist zugeführt wird, wird bei der Ermittlung der Größe Δt₆₆ auch die Größe λ_v-soll zugeführt. Es können jedoch aus λ_v-ist auch andere Größen abgeleitet werden, so dass die Zufuhr von λ_v-soll zur Einheit 52 nicht notwendig sein muss. Beispielsweise könnte auch die Größe I aus dem Regler 38' der Einheit 52 zugeführt werden und auf die Amplitude A1 in der Schwingung gemäß Kurve 46 hin untersucht werden. Die Größe T_N könnte dann vergrößert werden, wenn die Amplitude A1 einen Schwellwert überschreitet. Die Größe T_N kann auch eine kontinuierliche Funktion der Amplitude A1 sein. Gleiches gilt für p. Auch bei Ableitung anderer Bestimmungsgrößen, wie eben des oben erwähnten Zeitversatzes Δt₆₆, ist es möglich, die Größen p und T_N durch die Einheit 52 als Funktion in Abhängigkeit dieser Bestimmungsgrößen zu definieren oder lediglich eine beschränkte Zahl von Möglichkeiten vorzusehen, die durch Überschreiten von Schwellwerten durch die Bestimmungsgrößen ausgewählt werden. Statt die Werte von λ_v-ist auszuwerten kann die Einheit 54 auch die Reglerausgangssignale auswerten, z. B. die Anteile P und I einzeln oder nur einen dieser Anteile.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Eingriff im Bereich der Festsetzung des Wertes λ_v-soll(t). Hierzu wird eine Einheit 54 bereitgestellt, der die Signale λ_v-ist von der Breitbandlambdasonde 20 zugeführt werden. Die Einheit 54 gibt ein Signal aus, das bestimmt, wie groß die Amplitude a der Schwankung im Sollsignal sein soll. Ohne Eingriff zeigt die Kurve 40 ein Rechteckverhalten mit Sprüngen von jeweils a = 0,5 oberhalb und unterhalb von λ = 1 (vergleiche 3). Sollte die Einheit 54 feststellen, dass die Lambdasonde zu stark gealtert ist, kann der Effekt des Überschwingens, wie er sich in der Kurve 42 zeigt, dadurch ausgeglichen werden, dass die Amplitude a verkleinert wird. In 3 ist zu sehen, dass die Kurve 42 zwischen den Werten 0,90 und 1,10 schwankt, während die Sollkurve zwischen 0,95 und 1,05 schwankt. Wird nun die Amplitude a halbiert, würde die Kurve 40 also zwischen den Werten 0,975 und 1,025 hin und her springen, müsste sich die Kurve 42 entsprechend stauchen, also nur noch wie gewünscht zwischen ungefähr 0,95 und 1,05 schwanken.
Die oben beschriebenen Maßnahmen betrafen, wie bereits erwähnt, die Breitbandlambdasonde 20, also die im Abgasstrang des Verbrennungsmotors 12 vor dem Katalysator 24 und dem Sauerstoffspeicher 26 angeordnete Sonde. Ein Aspekt der Erfindung befasst sich jedoch auch mit der Alterung der Lambdasonde 28, wenn sie eine Breitbandlambdasonde wäre.
In 9 sind drei Kurven gezeigt: Gezeigt ist, wie eine voll funktionsfähige Sonde bei langfristigem Beaufschlagen des Abgasstrangs mit wechselnd magerem und fettem Abgas gemäß einer Kurve 56 reagiert. Die Kurve 56 zeigt die Signale, die die Breitbandlambdasonde 20 abgibt, wenn mit wesentlich größerer Zeitskala als bei der schnellen Regelung zwischen magerem und fettem Abgas gewechselt wird. Eine Kurve nach Art der Kurve 56 wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs normalerweise nicht durchfahren, sondern lediglich zu Testzwecken. Sie ist vorliegend lediglich zum Erörtern des Verhaltens der Breitbandlambdasonde 20 gezeigt.
Ist die Lambdasonde 28 als Breitbandlambdasonde voll funktionsfähig, so gibt sie Messwerte gemäß der Kurve 58 wieder. Ist die Lambdasonde 28 gealtert, so gibt sie Messwerte gemäß der Kurve 60 wieder. Üblicherweise werden die Kurven 58 und 60 wie die Kurve 56 nicht vollständig durchlaufen. Vielmehr erfolgt eine Regelung auf einen Wert von ca. λ = 1. Dies ist genau ein Bereich, in dem in der Kurve 58 eine starke Veränderung stattfindet. Dies ist jedoch für die Kurve 60 nicht der Fall.
Daher wird bevorzugt die Kurve 60 korrigiert. Anstatt wie im Stand der Technik (vergleiche 2) den Wert λ_v-ist, den die Breitbandlambdasonde 28 misst, unmittelbar dem invertierenden Ausgang des Addierers 32 zuzuführen, ist bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Lambdasonde 28 und dem Addierer 32 eine Einheit 62 nachgeordnet ist. Die Einheit 62 arbeitet genauso wie die Einheit 50 aus 4: Sie differenziert den Wert λ_n-ist und addiert den mit einem Faktor kleiner als 1 multiplizierten Lambdawert λ_n-ist. Dadurch kann ausgeglichen werden, dass die Lambdasonde 28 gegebenenfalls gealtert ist.
Die oben beschriebenen Erkenntnisse können auch in vorteilhafter Weise in einem Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität des Sauerstoffspeichers 26 eingesetzt werden.
Bekanntlich beaufschlagt man den Abgasstrang zur Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität zunächst mit fettem Abgas. Der überschüssige Kraftstoff im Abgas entzieht dem Sauerstoffspeicher dann Sauerstoff. Das fette Abgas wird solange zugeführt, bis kein Sauerstoff mehr gespeichert ist. Nun wird der Sauerstoffspeicher mit magerem Abgas beaufschlagt. Durch die Breitbandlambdasonde 20 vor dem Sauerstoffspeicher 26 wird ermittelt, wann im Abgas das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 überschritten ist. Sobald dieses überschritten ist, wird durch den Sauerstoffspeicher 26 Sauerstoff aufgenommen. Ist die Breitbandlambdasonde 20 voll funktionsfähig, misst sie bei einem Wechsel von fettem zu magerem Abgas beispielsweise die Kurve 64 in 11. Der Zeitpunkt t₇ ist dann der Zeitpunkt, ab dem dem Sauerstoffspeicher 26 Sauerstoff zugeführt wird. Für die Lambdasonde 28 ist beispielhaft die Kurve 66 dargestellt, für den Fall, dass sie eine Sprungsonde ist. Die Spannung bleibt lange Zeit, nachdem der Wert λ = 1 zum Zeitpunkt t₇ überschritten wurde, konstant, denn zunächst nimmt der Sauerstoffspeicher 26 Sauerstoff aus dem mageren Abgas auf, es kommt also kein mageres Abgas an der Breitbandlambdasonde 28 an. Irgendwann ist der Sauerstoffspeicher 26 gefüllt. Dann erfolgt ein Sprung in der Kurve 66. Zum Zeitpunkt t₈ wird der Wert 0,5 V durch die Ausgangsspannung der Lambdasonde 28 unterschritten. Dieser Wert entspricht genau dem Wert λ = 1. Es kann nun aus der Kurve 64 ermittelt werden, wie die Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers 26 ist: Hierzu muss lediglich der Flächeninhalt der Fläche zwischen der Kurve 64 und der achsparallelen, auf dem Wert λ = 1 konstanten Kurve ermittelt werden. Gleichzeitig muss während des gesamten Verfahrens der Abgasmassenstrom ermittelt werden. Es gilt dann:
Ist die Breitbandlambdasonde 20 voll funktionsfähig, so entspricht die Kurve 64 dem tatsächlichen Wert und die Sauerstoffspeicherkapazität m_osc wird korrekt gemessen. Anders ist es, wenn die Breitbandlambdasonde 20 gealtert ist. Dann zeigt sie das Verhalten gemäß Kurve 68. Bereits bei Verwendung der Zeitpunkte t₇ und t₈ wäre das Integral gemäß der obigen Formel deutlich kleiner als korrekt. Der Wert λ = 1 wird insbesondere auch zu einem späteren Zeitpunkt t₉ durchlaufen. Dadurch wird das Integral weiter verfälscht.
Oben wurde beschrieben, dass es möglich ist, durch Differenzieren des Messwerts bzw. Ausgangssignals der Breitbandlambdasonde 20 und Hinzuaddieren desselben Signals, multipliziert mit einem Faktor kleiner als 1, das Signal 64, wie es eine vollständig funktionsfähige Breitbandlambdasonde 20 zeigen würde zu rekonstruieren. Wird dies nun getan, wird ein korrigierter Wert für λ aus der Kurve 68 ermittelbar. Dieser korrigierte Wert für λ muss dann in die obige Formel eingesetzt werden. Das Integral muss außerdem mit dem Zeitpunkt t₇, der aus der rekonstruierten Kurve 64 ermittelt wurde, beginnen.
Genauso wie sich das Signal 68 der ersten Breitbandlambdasonde korrigieren lässt, lässt sich auch das Signal 66 korrigieren, wenn die diesbezügliche Lambdasonde 28 einer Funktionsbeeinträchtigung, z. B. durch Alterung unterliegt. Dann wird gegebenenfalls der Zeitpunkt t₈ mit Hilfe einer korrigierten Funktion ermittelt. Ein entsprechendes Signal zum Signal 66 ließe sich auch korrigieren, wenn die Lambdasonde 28 eine Breitbandlambdasonde wäre.
Durch die unter Bezug auf die 3 bis 10 beschriebenen Aspekte der Erfindung wird es möglich, einen Verbrennungsmotor einer Lambdaregelung zu unterziehen, auch wenn eine Breitbandlambdasonde und gegebenenfalls zusätzlich eine zweite Breitbandlambdasonde aufgrund von Alterung, Vergiftung oder sonstigen Gründen nicht mehr voll funktionsfähig ist. Die Ausführungsformen gemäß den 4, 6, 8 und 10 können hierbei in allen beliebigen Kombinationen miteinander bereitgestellt sein.
Anhand von 11 wurde erläutert, dass es bei Verwendung eines solchermaßen geregelten Systems auch möglich ist, korrekt die Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers 26 zu bestimmen.
Im Rahmen einer Lambdaregelung mit einer Breitbandlambdasonde 20 und einer Lambdasonde 28 erfolgt erstmals eine Korrektur im Regelkreis und insbesondere an den Ausgangssignalen der Breitbandlambdasonde 20 und gegebenenfalls der Lambdasonde 28. Letzteres kann zum Zwecke der Regelung oder einer korrekten Ermittlung der Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers 26 erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4436121 C2 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (12) in einem System (10), in dem ein Steuergerät (16) die Menge an dem Verbrennungsmotor (12) zugeführter Luft und an Kraftstoff bestimmt, in dem zumindest einer Breitbandlambdasonde (20) Abgas aus dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, wobei die Breitbandlambdasonde (20) in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas ein Ausgangssignal bereitstellt, das in einem Regelkreis (14) zum Erzeugen von Steuersignalen für das Steuergerät (16) die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmen, eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer im Regelkreis (14) verwendeten Größe eine Korrektur zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler der Breitbandlambdasonde (20) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das von der Breitbandlambdasonde (20) bereitgestellte Ausgangssignal zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet wird, um einen Reglereingang eines Reglers (38) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte Ausgangssignal korrigiert wird und eine Differenz zwischen einem durch die Sollwertfunktion definierten Sollwert und dem korrigierten Ausgangssignal gebildet und dem Reglereingang zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte Ausgangssignal differenziert wird, die so gebildete Ableitung zu dem mit einem Faktor multiplizierten bereitgestellten Ausgangssignal addiert wird und diese Summe das korrigierte Ausgangssignal darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem von der Breitbandlambdasonde (20) bereitgestellten Ausgangssignal eine Bestimmungsgröße abgeleitet wird und in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße die im Regelkreis verwendete Größe festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das von der Breitbandlambdasonde bereitgestellte Ausgangssignal zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet wird, um einen Reglereingang eines Reglers (38') zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Regelparameter (p, T_N) in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein P-I-Regler (38') eingesetzt wird und als Regelparameter ein im P-I-Regler (38') verwendeter Proportionalfaktor (p) und/oder eine im P-I-Regler (38') verwendete Nachstellzeit (T_N) in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das von der Breitbandlambdasonde (20) bereitgestellte Ausgangssignal zusammen mit einer Sollwertfunktion verwendet wird, um einen Reglereingang eines Reglers (38) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertfunktion in Abhängigkeit von der Bestimmungsgröße bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsgröße eine Verzögerungszeit (Δt₆₆) zwischen dem Durchlaufen eines Wertes durch die Sollwertfunktion (40) und dem von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Ausgangssignal (42c) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsgröße eine Amplitude (A1) einer Größe im Regelkreis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das von einer ersten Breitbandlambdasonde (28) bereitgestellte Ausgangssignal zusammen mit einem Sollwert zur Bestimmung einer Sollwertfunktion für das von einer zweiten Breitbandlambdasonde (20) bereitgestellte Ausgangssignal verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Breitbandlambdasonde (28) bereitgestellte Ausgangssignal korrigiert wird und eine Differenz zwischen dem Sollwert und dem korrigierten Ausgangssignal gebildet wird, die die Sollwertfunktion bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Breitbandlambdasonde (28) bereitgestellte Ausgangssignal differenziert wird und die so gebildete Ableitung zu dem mit einem Faktor multiplizierten bereitgestellten Ausgangssignal addiert wird und diese somit das korrigierte Ausgangssignal darstellt.
Kraftfahrzeug mit einem durch ein Steuergerät (16) angesteuerten Verbrennungsmotor (12), dessen Abgas einer Breitbandlambdasonde (20, 28) zugeführt wird, wobei ein Signalausgang der Breitbandlambdasonde (20, 28) sowie eine Sollsignalzufuhrleitung mit einem Addierer (36, 32) mit einem invertierenden Eingang gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang der Breitbandlambdasonde (20, 28) mit einer Korrektureinheit (50, 62) verbunden ist, die mit einem Eingang des Addierers (36, 32) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (50, 62) aufweist: – Mittel zum Differenzieren zum Erzeugen einer Ableitung, – Mittel zum Multiplizieren zum Erzeugen eines Produkts, – Mittel zum Addieren der Ableitung und des Produkts.
Kraftfahrzeug mit einem durch ein Steuergerät (16) angesteuerten Verbrennungsmotor (12), dessen Abgas einer Breitbandlambdasonde (20) zugeführt wird, wobei ein Signalausgang der Breitbandlambdasonde (20) sowie eine Sollsignalzufuhrleitung mit einem Addierer (36) mit invertierendem Eingang gekoppelt sind und der Addierer (36) mit einem Regler (38') verbunden ist, von dem ein Ausgang mit einem Steuereingang des Steuergeräts (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (38') eine Einheit (52) zum Festlegen von zumindest einem Regelparameter zugeordnet ist, wobei diese Einheit (52) mit dem Signalausgang der Breitbandlambdasonde (20) verbunden ist, um zumindest einen Regelparameter (p, T_N) in Abhängigkeit von einer aus der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Spannung abgeleiteten Bestimmungsgröße festzulegen.
Kraftfahrzeug mit einem durch ein Steuergerät (16) angesteuerten Verbrennungsmotor (12), dessen Abgas einer Breitbandlambdasonde (20) zugeführt wird, wobei ein Signalausgang der Breitbandlambdasonde sowie ein Signalausgang einer Sollwertfunktionsfestlegungseinheit (34) mit einem Addierer (36) mit einem invertierenden Eingang gekoppelt sind und der Addierer (36) mit einem Regler (38) verbunden ist, von dem ein Ausgang mit einem Steuereingang des Steuergeräts (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang der Breitbandlambdasonde (20) oder der Ausgang des Reglers (38) auch mit einer Auswerteeinheit (54) gekoppelt ist, die Teil der Sollwertfunktionsfestlegungseinheit ist oder mit der Sollwertfunktionsfestlegungseinheit (34) verbunden ist, um die Sollwertfunktion in Abhängigkeit von einer aus der Breitbandlambdasonde (20) bereitgestellten Spannung oder aus dem Reglerausgangsignal abgeleiteten Bestimmungsgröße festzulegen.
Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität eines Sauerstoffspeichers (26) in einem Abgasstrang, in dem vor dem Sauerstoffspeicher (26) eine vorgeschaltete Breitbandlambdasonde (20) und hinter dem Sauerstoffspeicher (26) eine nachgeschaltete Lambdasonde (28) angeordnet ist, mit den Schritten: – Beaufschlagen des Abgasstrangs mit einem definierten ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und anschließendes Wechseln zu einem definierten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, – Ermitteln eines ersten Erfassungszeitpunkts (t₇) aufgrund von Ausgangssignalen der vorgeschalteten Breitbandlambdasonde (20), – Ermitteln eines zweiten Erfassungszeitpunkts aufgrund von Ausgangssignalen der nachgeschalteten Lambdasonde (28), – Berechnen eines Integrals unter Verwendung von zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungszeitpunkt gemessenen Ausgangssignalen der vorgeschalteten Breitbandlambdasonde (20) und Ableiten der Speicherkapazität aus diesem Integral, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale (68) der Breitbandlambdasonde (20) zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler derselben korrigiert werden und die korrigierten Ausgangssignale (64) der Breitbandlambdasonde (20) zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler derselben korrigiert werden und die korrigierten Ausgangssignale (64) zum Ermitteln des ersten Erfassungszeitpunkts (t₇) und/oder zum Berechnen des Integrals herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass auch die nachgeschaltete Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde (28) ist und von dieser bereitgestellte Ausgangssignale zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler derselben korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Breitbandlambdasonde (20, 28) bereitgestellte Ausgangssignal differenziert wird, die so gebildete Ableitung zu dem mit einem Faktor multiplizierten bereitgestellten Ausgangssignal addiert wird und diese Summe das korrigierte Ausgangssignal darstellt.
Kraftfahrzeug mit einem durch ein Steuergerät (16) angesteuerten Verbrennungsmotor (12), dem ein Abgasstrang zugeordnet ist, in dem in Strömungsrichtung des Abgases eine Breitbandlambdasonde (20), ein Sauerstoffspeicher (26) und eine weitere Lambdasonde (20, 28) angeordnet sind, wobei Signalausgänge der Lambdasonden (20, 28) mit einer Auswerteeinheit (14) verbunden sind, die mit dem Steuergerät (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit umfasst: – Mittel zum Differenzieren zum Erzeugen einer Ableitung, – Mittel zum Multiplizieren zum Erzeugen eines Produkts, – Mittel zum Addieren der Ableitung und des Produkts.