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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
Breitbandlambdasonden ist die Situation allerdings komplexer.
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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.
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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.
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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.
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Sämtlichen
Aspekten der vorliegenden Erfindung ist gemeinsam, dass zumindest
eine Größe zum Ausgleich möglicher Funktionsfehler
der Breitbandlambdasonde korrigiert wird.
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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.
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Es
gibt verschiedene bevorzugte Ausführungsformen zum erfindungsgemäßen
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in ihren
verschiedenen Aspekten unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
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1 schematisch
den Aufbau der bei der Erfindung eine Rolle spielenden Bauteile
in einem Kraftfahrzeug,
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2 in
Symboldarstellung einen Regelkreis, von dem die Erfindung als Stand
der Technik ausgeht,
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3 schematisch
eine Mehrzahl von im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen
bei Betrieb des Regelkreises aus 2,
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4 einen
Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung veranschaulicht, und
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5 die
durch Verwendung des Regelkreises aus 4 erhaltenen,
im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen
analog zu 3 zeigt,
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6 einen
Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis
gemäß einer zweiten Ausführungform der
Erfindung veranschaulicht, und
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7 die
durch Verwendung des Regelkreises aus 6 erhaltenen,
im Regelkreis gemessenen und verwendeten Größen
analog zu 3 zeigt,
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8 einen
Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Regelkreis
gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung veranschaulicht und
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9 einige
Größen, die im Regelkreis aus 8 gemessen
und ermittelt werden, und
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10 einen
erfindungsgemäßen Regelkreis in Analogie zum Regelkreis
aus 2 gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung,
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11 einige
in einem Regelkreis gemäß 10 gemessene
und verwendete Größen zur Erläuterung
des vierten Aspekts der Erfindung veranschaulicht.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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 λv-ist.
Hinter dem Katalysator 24 wird durch die Breitbandlambdasonde 28 das
Signal λn-ist gemessen, das wie
oben beschrieben über die Leitung 30 dem Addierer 33 zugeführt
wird.
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Der
Wert von λn-ist ändert
sich lediglich dann, wenn bei dauerhaft falsch eingestelltem Wert λn-soll dem Sauerstoffspeicher zuviel Sauerstoff
entnommen wird oder umgekehrt der Sauerstoffspeicher vollständig
gefüllt wird. Im Idealfall ist der Sauerstoffspeicher ungefähr
halb gefüllt. Die Lambdawerte λv-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.
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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.
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3 zeigt
eine Mehrzahl von Kurven. Hierbei ist davon ausgegangen, dass λn-soll konstant ist. Die Kurve 40 zeigt
dazu das Verhalten von λv-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 λv-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 λv-ist genau gleich λv-soll wird, λv-ist < λv-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.
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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 λv-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.
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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.
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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 λv-ist nicht unmittelbar dem invertierenden
Eingang des Addierers 36 zugeführt. Vielmehr ist
eine Einheit 50 zwischengeschaltet, in der eine Korrektur
von λv-ist erfolgt. Im Rahmen der
Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist es unerheblich, ob tatsächlich
eine Korrektur an dem ermittelten Wert λv-ist oder
an den Ausgangssignalen der Breitbandlambdasonde 20 und
somit den Messwerten erfolgt, denn letztere sind mit dem Wert λv-ist korreliert. In der Korrektureinheit 50 wird
der Wert λv-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 λv-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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Wert λv-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 TN variabel
sind. Sie werden durch eine Einheit 52 festgelegt. Die
Einheit 52 wertet nun die Werte λv-ist aus.
Ergebnis der Auswertung ist die Festlegung der Größen
p und TN.
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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 (TN 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 TN 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 λv-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.
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Das
Festlegen der Werte p und TN soll in Abhängigkeit
vom Verhalten von λv-ist erzeugt
werden. Es soll aus λv-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 λv-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.
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Die
Größe Δt66 wurde
vorliegend anhand von 7 erläutert, also dem
Zustand, in dem bereits eine Anpassung der Größen
p und TN durch die Einheit 52 erfolgt
ist. Bevorzugt wird diese Größe ständig
ermittelt. Beispielsweise könnte sie bei unveränderten
Größen von p und TN 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 TN geführt haben. Wird Δt66 wie in 7 gezeigt
ermittelt, ist dies Anzeichen dafür, dass die Werte für
p und TN dauerhaft so bleiben sollen wie
sie eingestellt sind. Durch weitere Alterung der Breitbandlambdasonde
kann sich Δt66 insbesondere noch
vergrößern. Dann wären auch p und TN gegebenenfalls weiter anzupassen. Der Einheit 52,
der die Größe λv-ist zugeführt
wird, wird bei der Ermittlung der Größe Δt66 auch die Größe λv-soll zugeführt. Es können
jedoch aus λv-ist auch andere Größen
abgeleitet werden, so dass die Zufuhr von λv-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 TN könnte
dann vergrößert werden, wenn die Amplitude A1
einen Schwellwert überschreitet. Die Größe TN 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 TN 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 λv-ist auszuwerten kann die Einheit 54 auch
die Reglerausgangssignale auswerten, z. B. die Anteile P und I einzeln
oder nur einen dieser Anteile.
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Bei
einer dritten Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein
Eingriff im Bereich der Festsetzung des Wertes λv-soll(t). Hierzu wird eine Einheit 54 bereitgestellt,
der die Signale λv-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.
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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.
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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.
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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.
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Daher
wird bevorzugt die Kurve 60 korrigiert. Anstatt wie im
Stand der Technik (vergleiche 2) den Wert λv-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 λn-ist und addiert den
mit einem Faktor kleiner als 1 multiplizierten Lambdawert λn-ist. Dadurch kann ausgeglichen werden,
dass die Lambdasonde 28 gegebenenfalls gealtert ist.
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Die
oben beschriebenen Erkenntnisse können auch in vorteilhafter
Weise in einem Verfahren zum Ermitteln der Speicherkapazität
des Sauerstoffspeichers 26 eingesetzt werden.
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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 t
7 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 t
7 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
t
8 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:
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Ist
die Breitbandlambdasonde 20 voll funktionsfähig,
so entspricht die Kurve 64 dem tatsächlichen Wert
und die Sauerstoffspeicherkapazität mosc 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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
von 11 wurde erläutert, dass es bei Verwendung
eines solchermaßen geregelten Systems auch möglich
ist, korrekt die Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers 26 zu
bestimmen.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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