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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Immer
strengere gesetzliche Vorschriften machen es bei Brennkraftmaschinen
zum einen erforderlich, die Rohemissionen so stark wie möglich zu
senken, d. h. die Schadstoffemissionen zu senken, die bei der Verbrennung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches
in den Zylindern anfallen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen
Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die Schadstoffemissionen,
die während
des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern
erzeugt werden, in unschädliche
Stoffe umwandeln. Insbesondere bei Ottomotoren kommen hierzu als
Abgaskatalysatoren Dreiwege-Katalysatoren
in Einsatz. Ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Schadstoffkomponenten,
die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe oder auch Stickoxide sind,
setzt ein präzise
eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern voraus
und ferner muss das Gemisch stromaufwärts des Abgaskatalysators eine
vorgegebene Schwankung aufweisen, d. h. ein gezielter Betrieb der
Brennkraftmaschine sowohl im Luftüberschuss als auch im Luftmangel
ist notwendig, um ein Befüllen
und Leeren des Sauerstoffspeichers des Abgaskatalysators sicherzustellen.
Bei der Einlagerung von Sauerstoff werden insbesondere die Stickoxide
reduziert, während
beim Entleeren die Oxidation unterstützt wird und ferner verhindert
wird, dass eingelagerte Sauerstoffmoleküle Teilbereiche des Abgaskatalysators deaktivieren.
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Aus
dem Fachbuch "Handbuch
Verbrennungsmotor",
Herausgeber Richard von Basshuysen/Fred Schäfer, zweite Auflage, Juni 2004,
Friedrich Vieweg & Sohn
Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig/Wiesbaden, Seite 559, ist eine
Lambdaregelung für
eine Brennkraftmaschine bekannt mit einer Abgassonde, die als binäre Lambda-Sonde
ausgebildet ist und die stromaufwärts eines Abgaskatalysators
in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Ferner
ist auch eine weitere Abgassonde stromabwärts des Abgaskatalysators vorgesehen.
Die Lambdaregelung umfasst einen PI-Regler, wobei die P- und I-Anteile
in Kennfeldern über
der Motordrehzahl und Last abgelegt sind. Eine Anregung des Abgaskatalysators,
Lambdaschwankung, ergibt sich durch Zweipunktregelung aufgrund des
binären
Messsignals der stromaufwärtigen Lambdasonde.
Die Regelung ist so ausgebildet, dass die Amplitude der Lambdaschwankungen
auf etwa 3% eingestellt werden. Zur besseren Einhaltung eines Lambdafensters
vor dem Abgaskatalysator ist eine überlagerte Trimmregelung über eine
binäre Nachkatsonde
vorgesehen.
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Der
Grund für
das Vorsehen einer Trimmregelung ist, dass Abgassonden, insbesondere
die stromaufwärts
des Abgaskatalysators angeordnet sind, ihr Ansprechverhalten auf Änderungen
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ändern während ihrer Betriebsdauer.
Dies führt
dazu, dass anhand des Messsignals der Abgassonde entweder Änderungen des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
früher
oder später erkennbar
sind. Insbesondere kann sich das Ansprechverhalten der Abgassonde
bei den Sprüngen ihres
Messsignals von einem Fettwert zu einem Magerwert und umgekehrt
auch asymmetrisch ändern. Den
Magerwert nimmt das Messsignal der binären Lambdasonde ein, wenn das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
größer ist
als ein stöchiometrisches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
Das Messsignal der binären
Lambdasonde hat einen Fettwert, wenn das Luft/Kraftstoff- Verhältnis kleiner
ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei
die Verhältnisse
jeweils bezogen sind auf die Zusammensetzung des Gemisches vor der
Oxidation des Kraftstoffs.
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Wenn
die Lambdaregelung nicht an das geänderte Ansprechverhalten der
Abgassonde angepasst wird, so kann es zu erhöhten Schadstoffemissionen der
Brennkraftmaschine kommen auf Grund einer stark verminderten Umwandlung
der Schadstoffemissionen in unschädliche Stoffe. Zu diesem Zweck greift
die Trimmregelung ein.
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Zum
Sicherstellen, dass entsprechend vorgegebenen maximalen Schadstoffemissionen
nicht überschritten
werden, sind Diagnosen von Komponenten des Abgastraktes der Brennkraftmaschine häufig durch
gesetzliche Vorschriften geregelt. So ist z. B. eine Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Abgaskatalysators zu diagnostizieren.
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Aus
der
DE 103 07 010
B3 ist es zum Diagnostizieren des Abgaskatalysators bekannt,
sobald während
einer Magerhalbperiode ein Wechsel von einem fetten zu einem mageren
Brennstoffgemisch detektiert worden ist, zunächst den Lambdaregelfaktor für eine Verweilzeit
konstant zu halten und nach der Verweilzeit ihn um einen Proportionalsprung
weiter abzumagern. Der maximale Wert des Lambdaregelfaktors wird
solange beibehalten, bis eine definierte Sauerstoffbeladung in diesem
Regelzyklus erreicht worden ist. Die bestimmte Sauerstoffbeladung,
die zur Durchführung
der Katalysator-Wirkungsgraddiagnose eingesetzt wird, entspricht
der Sauerstoffspeicherfähigkeit,
die ein gealterter Katalysator aufweist, der gerade noch den Anforderungen,
die vorgeschrieben sind, gerecht wird. Die Wirkungsgraddiagnose
erfolgt unter Zuhilfenahme einer Lambda monitorsonde, die in dem
Abgasstrom hinter dem Abgaskatalysator angebracht ist. Die Monitorsonde
detektiert, ob ein konstanter Lambda-Wert erreicht wird oder ob
der Lambda-Wert gemäß den Regelzyklen schwankt.
Schwankt der durch die Monitorsonde gemessene Lambda-Wert, so weist
der überprüfte Katalysator
keine ausreichende Sauerstoffspeicherfähigkeit auf, und ein defekter
oder gealterter Katalysator wird erkannt.
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In
der
DE 196 06 652
A1 ist ein Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses
für eine Brennkraftmaschine
mit nachgeschaltetem Katalysator beschrieben. Bei diesem Verfahren
werden die im Abgas der Brennkraftmaschine stromaufwärts und stromabwärts des
Katalysators enthaltenen Sauerstoffanteile erfasst und die Einstellung
des Kraftstoffs-/Luftverhältnisses
beeinflusst, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass
aus den genannten Sauerstoffanteilen ein Maß für den momentanen Sauerstoff-Füllungsgrad
des Katalysators modellhaft bestimmt wird. Aus den Modellparametern werden
Aussagen über
den Alterungszustand des Katalysators abgeleitet und das Kraftstoff-/Luftverhältnis so
eingestellt, dass der Sauerstoff-Füllungsgrad des Katalysators
auf einem konstanten mittleren Niveau gehalten wird.
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In
der
DE 102 23 554
C1 ist ein Verfahren zur Diagnose einer Breitband-λ-Sonde beschrieben,
die im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und ein
Ausgangssignal abgibt, wobei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, mit
dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ausgehend von einem Sollwert,
eine periodische Veränderung
mit einer bestimmten Zwangsanregungs-Frequenz überlagert wird und währenddessen
das Ausgangssignal erfasst und daraus ein den Zustand der λ-Sonde anzeigender
Diagnosewert erzeugt, wird die vorgegebene Zwangsanregungs-Frequenz
ausgehend von einem Startwert er niedrigt, bis das Ausgangssignal
einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht und aus dem dann vorliegenden
Frequenz-Wert der Zwangsanregungs-Frequenz der Diagnosewert erzeugt.
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Aus
der
DE 10 2004
033 325 A1 ist eine Diagnosevorrichtung für einen
Abgas-Sensor bekannt. Diese Vorrichtung zur Diagnose eines Fehlers
durch Verschlechterung eines Abgas-Sensors verfügt über eine größere Erfassungsgenauigkeit
um einen weiteren Bereich für
die Erfassung der Verschlechterung des Abgas-Sensors. Ein Abgas-Sensor
ist in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordnet, um
eine den Komponenten des Abgases der Maschine entsprechende Ausgabe
zu erzeugen. Die Vorrichtung hat eine Einrichtung zum Erzeugen eines
Erfassungssignals, das mit einer im Normalbetrieb verwendeten Kraftstoffeinspritzmenge
multipliziert wird, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zur Verfügung zu stellen,
die für
die Bestimmung eines Zustands des Abgassensors zu verwenden ist.
Die Vorrichtung enthält
eine Einrichtung zum Extrahieren eines dem Erfassungssignal entsprechenden
Frequenzgangs aus einer Abgassensor-Ausgabe. Die Ausgabe erfolgt
in Abhängigkeit
von der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge. Der Zustand des Abgas-Sensors
wird auf der Grundlage des extrahierten Frequenzgangs bestimmt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
zu schaffen, die einen Betrieb mit sehr geringen Schadstoffemissionen
ermöglicht,
wobei auch ein Betriebszustand einer Diagnose einer dem Abgastrakt
zuzuordnenden Komponente berücksichtigt
sein soll.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem
Abgastrakt, in dem ein Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde stromaufwärts des
Abgaskatalysators und eine zweite Abgassonde stromabwärts des
Abgaskatalysators angeordnet sind. Die Vorrichtung weist einen Lambdaregler
auf, der ausgebildet ist, abhängig von
einem ersten Messsignal, das der ersten Abgassonde zugeordnet ist,
einen Lambda-Korrekturbeitrag
zu ermitteln. Ferner ist ein Trimmregler vorgesehen, dem als Regeldifferenz
ein Sollwert und ein Istwert eines zweiten Messsignals zugeführt sind,
das der zweiten Abgassonde zugeordnet ist und der ausgebildet ist,
einen Proportional-Korrekturbeitrag zu ermitteln. Die erste Abgassonde
ist bevorzugt eine binäre
Abgassonde, sie kann jedoch grundsätzlich auch eine lineare Abgassonde
sein. Besonders einfach ist es, wenn die zweite Abgassonde eine
binäre Abgas sonde
ist, sie kann jedoch grundsätzlich
auch eine lineare Abgassonde sein.
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Ferner
ist eine Stellsignaleinheit vorgesehen, die ausgebildet ist abhängig von
dem Lambda-Korrekturbeitrag ein Stellsignal zum Zumessen von Kraftstoff
in den Zylinder zu ermitteln und in einem Betriebszustand einer
Diagnose einer dem Abgastrakt zugeordneten Komponente zusätzlich abhängig von
dem Proportional-Korrekturbeitrag das Stellsignal zum Zumessen von
Kraftstoff in den Zylinder zu ermitteln. Die dem Abgastrakt zugeordnete Komponente
kann beispielsweise der Abgaskatalysator, die erste oder die zweite
Abgassonde oder auch eine weitere Komponente sein. Dadurch, dass das
Stellsignal in der Stellsignaleinheit in dem Betriebszustand der
Diagnose zusätzlich
abhängig
von dem Proportional-Korrekturbeitrag
ermittelt wird, ist ein zeitlich sehr schneller Durchgriff des Trimmreglers
auf den zuzumessenden Kraftstoff gewährleistet. Dies führt insbesondere
bei relativ langen Regelzyklen, wie sie insbesondere bei der Diagnose
und hier insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz einer binären ersten
Abgassonde auftreten, zu deutlich verringerten Schadstoffemissionen
auch während der
Diagnose. Darüber
hinaus hat es sich überraschend
gezeigt, dass auch so das Durchführen
der Diagnose deutlich präziser
erfolgen kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen Tiefpassfilter
zum Filtern des Istwertes des zweiten Messsignals und zum Zuführen des
gefilterten Istwertes des zweiten Messsignals zu dem Trimmregler
zum Bilden der Regeldifferenz in dem Betriebszustand der Diagnose
einer dem Abgastrakt zugeordneten Komponente. Auf diese Weise kann,
insbesondere bei geeigneter Wahl eine für die Eckfrequenz des Tiefpassfilters
repräsentativen
Größe, eine
sehr gute Entkop pelung des Trimmreglers von der durchzuführenden
Diagnose gewährleistet
werden. Auf diese Weise kann die Diagnose dann besonders präzise durchgeführt werden und
andererseits durch den Trimmregler besonders präzise Änderungen in dem Ansprechverhalten
der ersten Abgassonde kompensiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Betriebszustand der Diagnose einer
dem Abgastrakt zugeordneten Komponente ein Betriebszustand der Diagnose
des Abgaskatalysators ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
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2 ein
Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung und
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3 einen
Signalverlauf.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise
eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und
ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen
Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst
ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit
dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und
einem Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 umfasst
ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zünd kerze 19.
Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet
sein.
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In
dem Abgastrakt ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet,
der als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Ferner kann in dem
Abgastrakt auch ein weiterer Abgaskatalysator angeordnet sein, der
als NOx-Katalysator ausgebildet ist.
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Eine
Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der
Messgrößen Stellgrößen, die
dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann
auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden.
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Die
Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine
Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28,
welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst,
ein Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur
erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck
in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36,
welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl
N zugeordnet wird.
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Ferner
ist eine erste Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des
Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des
Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem
Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der ersten Abgassonde 42 vor
der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern Z1–Z4.
Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die stromabwärts des
Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt
des Abgases erfasst und deren Messsignal, und zwar der Istwert MS2
des Messsignals, charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der zweiten Abgassonde 43 vor
der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts des
Abgaskatalysators.
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Die
erste Abgassonde 42 ist bevorzugt eine binäre Lambdasonde.
Die zweite Abgassonde 43 ist bevorzugt eine binäre Lambdasonde.
Die erste und/oder die zweite Abgassonde können jedoch grundsätzlich auch
eine lineare Lambdasonde sein.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das
Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
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Neben
dem Zylinder Z1 sind bevorzugt auch noch weitere Zylinder Z2 bis
Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf.
Sensoren zugeordnet sind.
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Ein
Teil der Steuervorrichtung 25 ist anhand des Blockschaltbilds
der 2 näher
dargestellt. Ein Block B1 umfasst einen Lambdaregler. Dem Lambdaregler
ist als Regelgröße das erste
Messsignal MS1 zugeführt.
Das Messsignal MS1 ist bevorzugt binärer Natur, d. h. es nimmt einen
Magerwert an, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor dem Abgaskatalysator 21 mager
ist und einen Fettwert, wenn es fett ist. Nur in einem sehr kleinen
Zwischenbereich nimmt es auch Zwischenwerte zwischen dem Mager- und
dem Fettwert ein. Durch die binäre
Natur des ersten Messsignals MS1 ist der Lambdaregler als Zweipunktregler
ausgebildet. Der Lambdaregler ist bevorzugt als PI-Regler ausgeführt. Ein
P-Anteil wird bevorzugt als Proportionalsprung P_J dem Block B1 zugeführt. Ein
Block B2 ist vorgesehen, in dem abhängig von der Drehzahl N und
einer Lastgröße LOAD
der Proportionalsprung P_J ermittelt wird. Dazu ist bevorzugt ein
Kennfeld vorgesehen, das fest abgespeichert sein kann.
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Ein
I-Anteil des Lambdareglers wird bevorzugt abhängig von einem Integralinkrement
I_INC ermittelt. Das Integralinkrement I_INC wird bevorzugt in einem
Block B3 auch abhängig
von der Drehzahl und einer Lastgröße ermittelt. Dazu kann ebenfalls beispielsweise
ein Kennfeld vorgesehen sein. Die Lastgröße LOAD kann beispielsweise
ein Luftmassenstrom oder auch der Saugrohrdruck sein.
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Darüber hinaus
ist als Eingangsparameter für
den Block B1 ferner eine Verzögerungszeitdauer T_D
vorgesehen, die in einem Block B5 ermittelt wird, was weiter unten
noch näher
erläutert
ist.
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Ausgangsseitig
des Lambdareglers steht ein Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR an.
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Die
Funktionsweise des Lambdareglers in Block B1 ist beispielhaft anhand
der 3 näher
erläutert.
Zu einem Zeitpunkt t0 hat der Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR einen
neutralen Wert, z.B. 1, und wird ausgehend von dem Zeitpunkt t0
bis zu einem Zeitpunkt t1 abhängig
von dem Integralinkrement I_INC erhöht. Beispielsweise erfolgt
dies in einem vorgegebenen Zeitraster, in dem jeweils der aktuelle
Wert des Lambda-Korrekturbeitrags LAM_COR
um das Integralinkrement I_INC erhöht wird. Der Zeitpunkt t1 ist
dadurch charakterisiert, dass das erste Messsignal MS1 von seinem
Magerwert auf seinen Fettwert springt.
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Ist
erkannt, dass das erste Messsignal MS1 von seinem Magerwert auf
den Fettwert gesprungen ist, so wird der Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR nicht weiter
mit dem Integralinkrement I_INC inkrementiert, sondern sein Wert
für die
Verzögerungszeitdauer
T_D beibehalten. Mit Ablauf der Verzögerungszeitdauer T_D, was zu
einem Zeitpunkt t2 der Fall ist, wird der Lambda-Korrekturbeitrag
entsprechend des Proportionalsprungs P_J verringert. Nach dem Sprung
des Lambda-Korrekturbeitrags LAM_COR
in dem Zeitpunkt t2 wird der Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR dann
mit dem Integralinkrement I_INC verringert und zwar bevorzugt mit
einer durch das Integralinkrement I_INC vorgegebenen Rate, bis das
erste Messsignal MS1 einen Sprung macht von dem Fettwert zu dem
Magerwert, was in einem Zeitpunkt t3 der Fall ist. Von dem Zeitpunkt
t3 ausgehend, bleibt der Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR für die vorgegebene
Verzögerungszeitdauer
T_D bei seinem Wert stehen, bevor er dann mit Ablauf der Verzögerungszeitdauer
T_D, zu einem Zeitpunkt t4, um den Proportionalsprung P_J wieder erhöht wird.
Anschließend
erfolgt wieder ein Inkrementieren des Lambda-Korrekturbeitrags LAM_COR abhängig von
dem Integralinkrement I_INC. Diese grundsätzliche Funktionsweise des
Lambdareglers ist unabhängig
davon, ob ein Betriebszustand einer Diagnose einer dem Abgastrakt
zugeordneten Komponente eingenommen wird oder nicht.
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Eine
Stellsignaleinheit ist gebildet durch Blöcke B7, B9, B11 und eine Multiplikationssstelle
M1. Die Stellsignaleinheit ist ausgebildet abhängig von dem Lambda-Korrekturbeitrag
LAM_COR ein Stellsignal SG zum Zumessen von Kraftstoff zu dem jeweiligen
Zylinder Z1 bis Z4 zu ermitteln. Mittels des Stellsignals SG wird
bevorzugt das Einspritzventil 18 angesteuert.
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In
dem Block B7 wird abhängig
von dem Lambda-Korrekturbeitrag LAM_COR ein Lambdaregelfaktor LAM_FAC
ermittelt. Beispielsweise wird in einem Betriebszustand außerhalb
der Diagnose einer dem Abgastrakt zugeordneten Komponente der Lambda-Korrekturbeitrag
LAM_COR direkt dem Lambdaregelfaktor LAM_FAC zugeordnet. In einer Multiplikationsstelle
M1 wird eine korrigierte zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_COR durch
Multiplikation des Lambdaregelfaktors LAM_FAC mit einer zuzumessenden
Kraftstoffmasse MFF ermittelt. Die zuzumessende Kraftstoffmasse
wird bevorzugt in einem Block B9 abhängig von der Drehzahl N und
der Lastgröße LOAD
ermittelt. Dies kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Kennfeldes
erfolgen, das bevorzugt fest abgespeichert ist. In dem Block B11 wird
abhängig
von der korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_COR das Stellsignal
SG ermittelt. Dazu kann in dem Block B11 beispielsweise eine Einspritzzeitdauer
ermittelt werden und das Stellsignal entsprechend ermittelt werden,
um über
das Einspritzventil für
die Einspritzzeitdauer Kraftstoff zuzumessen.
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Ein
Trimmregler umfasst Blöcke
B13 und B15. Ein Block B17 ist vorgesehen, dessen Eingang mit einem
Istwert MS2 des zweiten Messsignals beaufschlagt ist. Der Block
B17 umfasst einen Tiefpassfilter zum Filtern des Istwertes MS2 des
zweiten Messsignals und erzeugt somit einen gefilterten Istwert MS2_FIL
des zweiten Messsignals. Eine Referenz MS2_REF des zweiten Messsignals
bildet den Sollwert des zweiten Messsignals. In einer Summationsstelle
S1 wird durch Bilden der Differenz der Referenz MS2_REF und dem
Istwert MS2_FIL des zweiten Messsignals eine Regeldifferenz DMS2
des Trimmreglers ermittelt. Die Referenz MS2_REF bildet somit den
Sollwert des zweiten Messsignals. Bevorzugt erfolgt das Filtern
des Istwertes MS2 des zweiten Messsignals durch eine gleitende Mittelwertbildung,
wobei vorzugsweise zum Filtern jeder neue Istwert MS2 des zweiten
Messsignals in etwa mit 10% gewichtet wird, während der alte gefilterte Istwert
MS2_FIL mit etwa 90% gewichtet wird. Durch die gleitende Mittelwertbildung
lässt sich
besonders einfach ein Tiefpassfilter realisieren. Abhängig von der
Regeldifferenz D_MS2, insbesondere abhängig von einem Integral über die
Regeldifferenz, ist der Block B13 dazu ausgebildet, einen Trimm-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_COR_TRIM zu ermitteln. In dem Block B5 wird dann abhängig von
dem Trimm-Verzögerungszeitdauerbeitrag T_D_COR_TRIM
und gegebenenfalls einem Adaptions-Verzögerungszeitdauerbeitrag T_D_AD
und gegebenenfalls einem Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG die Verzögerungszeitdauer T_D,
vorzugsweise durch Summation der entsprechenden Beiträge ermittelt.
Bevorzugt ist der Adaptions-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_AD abhängig
von dem Trimm-Verzögerungszeitdauerbeitrag T_D_DIAG
ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies außerhalb des Betriebszustands
der Katalysatordiagnose. Es kann jedoch grundsätzlich auch während der
Diagnose einer Komponente des Abgastrakts erfolgen.
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Der
Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG wird in einem Block B15 ermittelt, der ausgebildet ist
zum Durchführen
einer Diagnose einer dem Abgastrakt zugeordneten Komponente. Die Komponente
kann beispielsweise der Abgaskatalysa tor 21 sein. Sie kann
jedoch auch beispielsweise die erste Abgassonde 42 oder
die zweite Abgassonde 43 sein. Zur Diagnose des Abgaskatalysators 21 werden
in dem Block B15 der Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag T_D_DIAG
und bevorzugt ein Diagnose-Proportionalsprungbeitrag DELTA_P ermittelt.
Dies erfolgt derart, dass durch Beaufschlagen des Lambdareglers
mit dem Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG und dem Diagnose-Proportionalsprungbeitrag DELTA_P überprüft werden
kann, ob der Abgaskatalysator 21 eine Sauerstoffspeicherfähigkeit
hat, die ein gealterter Abgaskatalysator aufweist, der gerade noch
innerhalb zulässiger
Grenzwerte liegt.
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Das
Beaufschlagen des Lambdareglers zusätzlich mit dem Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG im Rahmen der Diagnose hat zur Folge, dass die Regelzyklen
des Lambdareglers deutlich verlängert
werden, wie das anhand der 3 ersichtlich
ist. Zu einem Zeitpunkt t5 erfolgt ein Sprung des ersten Messsignals
MS1 von seinem Magerwert zu seinem Fettwert. Eine Zeitdauer zwischen Zeitpunkten
t5 und t6 entspricht der Verzögerungszeitdauer
T_D außerhalb
des Betriebszustandes der Diagnose des Abgaskatalysators. Während des
Betriebszustands der Diagnose ist die Verzögerungszeitdauer T_D verlängert um
den Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG. Auf diese Weise wird eine erhöhte Schwankungsbreite des Sauerstoffbeladungsgrades
des Abgaskatalysators 21 erreicht. Während der Verzögerungszeitdauer
T_D kann in dem Betriebszustand der Diagnose auch ein Sprung des
Lambda-Korrekturbeitrags
LAM_COR entsprechend dem Diagnose-Proportionalsprungbeitrag DELTA_P erfolgen.
Auch durch diese Maßnahme
kann die vorgegebene Sauerstoffbeladung gut während der Diagnose eingestellt
werden. Bevorzugt ist in der Steuervorrichtung 25 ein charakteristischer Verlauf
des zweiten Messsignals, und zwar dessen Istwertes, als Vergleichsverlauf abgespeichert
durch entsprechende Versuche mit einem geeignet gealterten Abgaskatalysator,
beispielsweise an einem Motorprüfstand.
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Der
Istwert MS2 des zweiten Messsignals wird dann während der Diagnose in dem Block
B15 verglichen mit dem Vergleichsverlauf und abhängig von diesem Vergleich ein
Gütewert
ermittelt, der dann repräsentativ
ist für
die Abweichung zwischen dem Istwert MS2 des zweiten Messsignals
und dem Vergleichsverlauf. Beispielsweise kann hierzu der Betrag
der Differenz des Istwertes MS2 und des Referenzverlaufs integriert
werden und gegebenenfalls noch normiert werden. Abhängig von
diesem Gütewert
wird dann in dem Block B15 ein Diagnosewert DIAG_V ermittelt. Dies
kann beispielsweise erfolgen durch mehrfaches Ermitteln des Gütewertes
in verschiedenen Regelzyklen, so z. B. in 20, und Aufsummieren der
Gütewerte
und anschließendes
Vergleichen mit einem vorgegebenen Schwellenwert, der so vorgegeben
ist, dass beispielsweise bei Überschreiten
des Schwellenwertes die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators 21 nicht
mehr derjenigen des Grenzkatalysators entspricht, d. h. diese unterschreitet.
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In
dem Block B16, der den P-Anteil des Trimmreglers bildet, wird abhängig von
der Regeldifferenz DMS2 des Trimmreglers ein Proportional-Korrekturbeitrag
P_COR_TRIM ermittelt. Der Proportional-Korrekturbeitrag P_COR_TRIM
ist proportional zu der Regeldifferenz DMS2 des Trimmreglers. Der entsprechende
Proportionalparameter des Trimmreglers kann ebenso wie ein entsprechender
Integralparameter des Trimmreglers auch abhängig von beispielsweise der
Drehzahl und/oder der Lastgröße LOAD
vorgegeben sein.
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Während des
Betriebszustands der Diagnose einer dem Abgastrakt zugeordneten
Komponente ist der Block B7 beaufschlagt mit dem Proportional-Korrekturbeitrag
P_COR_TRIM. Somit wird während
der Diagnose der Lambdaregelfaktor LAM_FAC zusätzlich abhängig von dem Proportional-Korrekturbeitrag
P_COR_TRIM ermittelt. Dies hat zur Folge, dass eine auftretende
Regeldifferenz DMS2 des Trimmreglers äußerst zeitnah sich in einer
Anpassung des Lambdaregelfaktors LAM_FAC und somit des Stellsignals
zum Zumessen des Kraftstoffs auswirkt. Auf diese Weise können auch
während
der Diagnose erkannte Änderungen
des Ansprechverhaltens der ersten Abgassonde 42 sehr zeitnah
kompensiert werden. Dies ist besonders wichtig während der Diagnose, da durch
die verlängerte
Verzögerungszeitdauer
T_D im Vergleich zu einem Betriebszustand ohne Diagnose ansonsten
der Eingriff des Trimmreglers erst zeitlich deutlich verzögert stattfinden
kann und somit gegebenenfalls ein instabiles Regelverhalten auftreten
kann aufgrund der hohen Totzeit. Dies wird umso mehr verstärkt, als
während
der Diagnose die Schwankung in der Sauerstoffbeladung des Abgaskatalysators
besonders ausgeprägt
ist.
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Außerhalb
des Betriebszustandes der Diagnose kann der Proportional-Korrekturbeitrag P_COR_TRIM
der Verzögerungszeitdauer
T_D hinzugefügt
werden, anstatt direkt in den Block B7 eingespeist zu werden.
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Während des
Betriebszustands der Diagnose können
der Lambda-Korrekturbeitrag
LAM_COR und der Proportional-Korrekturbeitrag
P_COR_TRIM additiv oder multiplikativ und gegebenenfalls gewichtet
miteinander verknüpft
werden zu dem Lambdaregelfaktor LAM_FAC. Ferner kann der Proportional-Korrekturbeitrag
in dem Betriebszustands der Diagnose auch alternativ oder zusätzlich herangezogen
werden zum Ermitteln der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF in dem
Block B9 oder auch zum Ermitteln des Stellsignals in dem Block B11.
So kann beispielsweise abhängig
von dem Proportional-Korrekturbeitrag P_COR_TRIM eine Einspritzzeitdauer des
jeweiligen Einspritzventils 18 modifiziert werden.
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Die
Referenz MS2_REF kann beispielsweise fest vorgegeben sein, ist jedoch
bevorzugt unterschiedlich vorgegeben für den Betriebszustand der Diagnose
im Vergleich zu Betriebszuständen
außerhalb
der Diagnose. Die Referenz MS2_REF ist beispielsweise der entsprechende
Fett- oder auch Magerwert oder insbesondere in dem Betriebszustand der
Diagnose auch ein geeignet vorgegebener Zwischenwert, der beispielsweise
durch Beobachten des Istwertes MS2 des zweiten Messsignals während vorangegangener
Diagnosen ermittelt sein kann.
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Darüber hinaus
können
die Verzögerungszeitdauer
T_D, der Proportionalsprung P_J, das Integralinkrement I_INC, der
Diagnose-Proportionalsprungbeitrag DELTA_P, der Diagnose-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_DIAG, der Trimm-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_COR_TRIM, der Adaptions-Verzögerungszeitdauerbeitrag
T_D_AD und gegebenenfalls auch der Proportional-Korrekturbeitrag
P_COR_TRIM für
die Mager- bzw.
die Fettperioden des Lambdareglers unterschiedlich ermittelt sein.
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Außerhalb
des Betriebszustands der Diagnose kann die Regeldifferenz DMS2 des
Trimmreglers beispielsweise auch ohne Filtern des Istwertes MS2
des zweiten Messsignals gebildet werden.