DE10206402C1 - Verfahren zur zylinderselektiven Lambdaregelung - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft eine zylinderindividuelle Lambdaregelung. Die Lambdaamplituden eines einzelnen Zylinders werden gegenüber den Lambdawerten für die übrigen Zylinder angeregt. Aus dem Verlauf der Istwerte werden unter Berücksichtigung der Anregungsamplituden die Lambda-Istwerte für die Zylinder bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zylinderselektiven Lambdaregelung bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zy­ lindern.

Zur Einhaltung von zukünftigen Emissionsgrenzwerten und stei­ genden Anforderungen an die Gewährleistung liegt eine wichti­ ge Möglichkeit zur Optimierung in der Zylindergleichstellung, bei der nicht nur das Gesamtlambda sämtlicher Zylinder dem durch eine Regelung vorgegebenen Verlauf entspricht, sondern auch das Lambda jedes einzelnen Zylinders bei der Motorsteue­ rung berücksichtigt und bevorzugt gleichgesetzt wird. Etwaige Ungleichheiten in den Lambdawerten einzelner Zylinder können von der Motorsteuerung gezielt bei der Steuerung der Zylinder eingesetzt werden.

In einem Artikel von Cornelius et al., Department of Enginee­ ring, University of Cambridge, Cambridge, UK "The Role of O­ xygen Storage in NO Conversion in Automotive Catalysts", der als Pre-Print zu den Akten gereicht wurde, wird beschrieben, daß durch eine Zwangsanregung eine bessere Abgaskonvertierung erzielt wird. Bei der Zwangsanregung wird einem Lambda- Sollwerte eine Fett-/Mageramplitude überlagert. Die bekannte Zwangsanregung ist symmetrisch zu einem Sollwert.

Aus DE 43 44 892 C2 ist eine Steuerung des Luft/Kraftstoff- Gemisches bekannt, die unabhängig vom Betriebszustand zwangs­ weise zwischen angereicherten und mageren Zuständen oszil­ liert, um die Reinigungseffizienz des Katalysators zu erhö­ hen.

Aus DE 198 44 994 C2 ist ein Verfahren zur Diagnose einer stetigen Lambdasonde bekannt. Bei dem Verfahren werden dem Sollwert für die Lambdaregelung periodische Zwangsanregungen aufgeprägt und das Streckenverhalten des Lambdaregelungskrei­ ses erfaßt. Der Lambdaregelungskreis ist in einem Modell nachgebildet, wobei die Amplitudenverstärkungen von Modell und System miteinander verglichen werden und abhängig vom Er­ gebnis des Vergleichs die Modellparameter adaptiert werden. Die Lambdasonde in dem Lambdaregelungskreis ist defekt, wenn der Adaptionswert zu groß ist und einen dreh- und lastabhän­ gigen Schwellwert überschreitet.

Aus DE 195 16 239 C2 ist ein Verfahren zur Parametisierung eines linearen Lambdareglers für eine Brennkraftmaschine be­ kannt. Bei dem bekannten Verfahren wird die Regelstrecke durch ein Totzeitglied und zwei Verzögerungsglieder erster Ordnung nachgebildet. Das Streckenmodell bildet die Regler­ struktur abhängig von der Totzeit des Lambdaregelkreises, den Zeitkonstanten der Verzögerungsglieder und der Drehzahl ab.

Bei einem bekannten Verfahren zur zylinderselektiven Lambda­ regelung wird eine Lambdasonde eingesetzt. Damit die Sonde zylinderselektiv einzelne Abgaspakete erfassen kann, wird ü­ ber einen Mikrokontroller ein abgetastetes Lambdasignal einem Zylinder zugeordnet. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Lambdasonde sehr genau positioniert sein muss. Hinzu­ kommt, dass durch die vorgegebene Position für die Lambdason­ de die Gestaltungsmöglichkeiten für den Abgaskrümmer einge­ schränkt sind. Ferner hat sich herausgestellt, dass die Zu­ ordnung des abgetasteten Lambdasignals zu dem Zylinder nur in einem eingeschränkten Betriebsbereich möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zylinderselek­ tive Lambdaregelung bereitzustellen, die zuverlässig bei ei­ nem weiten Betriebsbereich eine zylinderindividuelle Regelung vornimmt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Differenz aus einem Lambda-Sollwert und einem Lambda-Istwert für einen der Zylinder gebildet. Der Differenzwert dient zur Bestimmung ei­ ner Einspritzkorrektur für den Zylinder. Der Lambda-Sollwert für den Zylinder wird in einem ersten Zeitabschnitt oder An­ zahl von Abgaspaketen um eine erste Anregungsamplitude und in einem zweiten Zeitabschnitt um eine zweite Anregungsamplitude geändert. Der Lambda-Istwert für den Zylinder wird abhängig von der ersten und zweiten Anregungsamplitude aus den Lambda- Istwerten, die den ersten und zweiten Zeitabschnitten ent­ sprechen, bestimmt. Hierzu wird aus den gemessenen Lambda- Istwerten der Lambda-Istwert mit fehlender Anregungsamplitude bestimmt. Während bei der bekannten zylinderselektiven Lamb­ daregelung eine Zuordnung einzelner Abgaspakete zu den Lamb­ dasignalen erfolgen muß, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Lambda-Istwerte gemessen, die den ersten und zwei­ ten Zeitabschnitten entsprechen. Die Lambda-Istwerte sind einfach zu identifizieren, da in den Zeitabschnitten jeweils veränderte Lambdawerte vorliegen. Somit ist die Zuordnung der Lambda-Istwerte zu den ersten und den zweiten Zeitabschnitten zuverlässig möglich. Indem Lambda-Istwerte für zwei geänderte Lambda-Sollwerte vorliegen, kann zuverlässig auf den Lambda- Istwert eines einzelnen Zylinders bei fehlender Anregungsamp­ litude zurückgeschlossen werden. Der zylinderspezifische Lambda-Istwert kann von einer Motorsteuerung zur zylinderspe­ zifischen Lambdaregelung eingesetzt werden.

Bevorzugt wird der Lambda-Sollwert mit einer der Anregungs­ amplituden erhöht und mit der anderen Anregungsamplitude ver­ mindert, wodurch erster und zweiter Zeitabschnitt deutlich zu unterscheiden sind (Anspruch 2). Die Anregungsamplituden sind bevorzugt gleich groß und der Lambda-Istwert für den Zylinder wird als Differenz der Amplituden der Lambda-Istwerte, die dem ersten und zweiten Zeitabschnitt entsprechen, bestimmt (Anspruch 3). Hierbei wird beispielsweise die Differenz der Amplituden gebildet, um festzustellen, ob der Mittelwert für den Lambdawert dem Lambda-Sollwert entspricht. Um auch bei ungünstigen Betriebspunkten eine zuverlässige Zuordnung vor­ nehmen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für jeden Zylinder andere Werte für das Paar von erster und zwei­ ter Anregungsamplitude vorzusehen (Anspruch 4). Hierdurch kann auch bei einer starken Abgasmischung erreicht werden, daß die erfaßten Istwerte zuverlässig zugeordnet werden kön­ nen.

In einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens wird zu einem globalen Lambda-Sollwert, der für alle Zylinder vorgesehen ist, die Anregungsamplitude zu einem der Zylinder addiert (Anspruch 5). Aus der Anregungs­ zeit wird eine erste Einspritzkorrektur für den Zylinder be­ rechnet. Der addierte Lambdawert wird verzögert und/oder ge­ filtert und als Lambda-Sollwert für den Zylinder mit dem Lambda-Istwert für den Zylinder subtrahiert. Die Differenz wird als Regelabweichung an einen Lambdaregler angelegt, der eine zweite Einspritzzeitkorrektur für den Zylinder bestimmt. Bei dem Verfahren wird die zylinderindividuelle Zwangsanre­ gung einerseits in eine entsprechende erste Einspritzzeitkor­ rektur umgerechnet. Gleichzeitig wird der zylinderindividuel­ le Zwangsanregungswert bei der Lambdaregelung des Zylinders berücksichtigt, wobei hier das Laufzeitverhalten der Rege­ lungsstrecke durch eine Kompensation der Totzeit und der Son­ denansprechzeit verzögert wird.

In einer möglichen Ausgestaltung können als die Lambda- Istwerte, die den ersten und den zweiten Zeitabschnitten ent­ sprechen, die maximale Amplitude vorgesehen sein (Anspruch 6). Alternativ ist es auch möglich, die Lambda-Istwerte, die dem ersten und dem zweiten Zeitabschnitt entsprechen in den Zeitabschnitten ganz oder teilweise aufzuintegrieren (Ansprü­ che 7 und 8).

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist die Zwangsanregung periodisch, so daß erster und zweiter Zeitabschnitt sich periodisch abwechseln (Anspruch 9). Hierdurch wird die Zuordnung vereinfacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht für eine Lambdaregelung mit zylinderindividueller Zwangsanregung und

Fig. 2 den beispielhaften Verlauf für eine symmetrische Zwangsanregung.

Fig. 1 zeigt eine Lambdaregelung mit zylinderindividueller Zwangsanregung. Der Wert für die zylinderindividuelle Zwangs­ anregung DELTA_LAMB_SP liegt an 10 an. Zu dem Zwangsanre­ gungswert 10 wird der globale Lambda-Sollwert hinzuaddiert. In einem Block 14 wird der Zwangsanregungswert in eine zylin­ derindividuelle erste Einspritzkorrektur 16 umgerechnet. Die Summe aus globalem Lambda-Sollwert und Zwangsanregungswert wird in dem Block 18 gefiltert und verzögert. Der so bestimm­ te Lambda-Sollwert für den Zylinder wird in Schritt 22 von dem zylinderindividuellen Lambda-Istwert subtrahiert. Die Re­ gelabweichung 24 liegt an dem Lambdaregler 26 an, der eine zylinderindividuelle Einspritzzeitkorrektur 28 bestimmt. Die so bestimmte Einspritzzeitkorrektur ergibt zusammen mit der aus der Zwangsanregung bestimmten Einspritzzeitkorrektur eine zylinderindividuelle Gesamteinspritzzeitkorrektur 30. Diese mit der Basiseinspritzzeit 32 multipliziert ergibt die zylin­ derindividuelle Gesamteinspritzzeit. Der zeitliche Verlauf der Lambdawerte wird an den in Fig. 2 dargestellten Kurven deutlich. Kurve 36 zeigt den globalen Lambda-Sollwert. Zu dem Sollwert werden die Anregungsamplituden 38 und 40 addiert. Die durchgezogene Rechteckkurve gibt den globalen Lambda- Sollwert mit einer zylinderindividuellen Zwangsanregung wie­ der. Die Zwangsanregungsamplitude wird als eine zylinderindi­ viduelle Einspritzkorrektur über den Verfahrensschritt 14 weitergeleitet. Aufgrund der Ausgestaltung der Regelstrecke zeigen die zugehörigen Istwerte ein typisches TP1-Verhalten. Die Kurve für den Lambda-Istwert ist mit 42 gekennzeichnet. Die physikalischen Eigen­ genschaften der Regelstrecke werden durch die Totzeitkompen­ sation und die Kompensation der Sondenansprechzeit 18 korri­ giert. Der gefilterte und verzögerte Lambda-Sollwert ist als Kurve 44 eingezeichnet.

Bei einer Mager/Fett-Anregung mit ungefähr gleich großer Amp­ litude ist auch der Istwert-Verlauf für den Zylinder symmet­ risch. Weicht der Mittelwert der Istwert-Kurve 42 von dem Lambda-Sollwert 36 ab, kann der entsprechende Lambdawert kor­ rigiert werden. Somit kann trotz der Vermischungsvorgänge einzelner Abgaspakte ein im Hinblick auf einen Zylinder deut­ lich abgesetztes Lambda-Messsignal, als Lambda-Istwert, ge­ wonnen werden. Die in Fig. 2 dargestellte symmetrische Zwangsanregung und der Vergleich mit dem Ist-Signal erkennt Unsymmetrien im Ist-Signal, die einen Rückschluss auf den Lambda-Istwert des Zylinders zulassen.

Claims (9)

1. Verfahren zur zylinderselektiven Lambdaregelung bei ei­ ner Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit den folgenden Verfahrensschritten:

• - eine Differenz aus einem Lambda-Sollwert und einem Lambda-Istwert für einen der Zylinder dient zur Be­ stimmung einer Einspritzkorrekturzeit für den Zy­ linder,
• - der Lambda-Sollwert für den Zylinder wird in ersten Zeitabschnitten um eine erste Anregungsamplitude (38) und in zweiten Zeitabschnitten um eine zweite Anregungsamplitude (40) geändert,
• - der Lambda-Istwert für den Zylinder wird abhängig von der ersten und der zweiten Anregungsamplitude aus den Lambda-Istwerten (42), die den ersten und zweiten Zeitabschnitten entsprechen, als der Lamb­ da-Istwert mit fehlender Anregungsamplitude be­ stimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer der Anregungsamplituden der Lambda-Sollwert erhöht und mit der anderen Anregungsamplitude vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Anregungsperioden gleich groß sind und der Lambda-Istwert für den Zylinder als Differenz der Ampli­ tuden der Lambda-Istwerte, die dem ersten und dem zwei­ ten Zeitabschnitt entsprechen, bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass für jeden der Zylinder andere Werte für das Paar von erster und zweiter Anregungsamplitude vorgesehen sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass
zu einem Lambda-Sollwert (12), der für alle Zylin­ der vorgesehen ist, die Anregungsamplitude (10) für einen der Zylinder addiert wird,
aus der Anregungsamplitude eine erste Einspritz­ zeitkorrektur (16) für den Zylinder berechnet wird,
der addierte Lambdawert verzögert und/oder gefil­ tert (18) wird und als Lambda-Sollwert (20) für den Zylinder von dem Lambda-Istwert für den Zylinder subtrahiert wird und die Differenz als Regelabwei­ chung (24) an einen Lamdaregler (26) anliegt, der eine zweite Einspritzzeitkorrektur (28) für den Zy­ linder bestimmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als die Lambda-Istwerte in den ersten und zweiten Zeitabschnitten die größten auftretenden Amplitudenwerte vorgesehen sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als die Lambda-Istwerte in den ersten und zweiten Zeitabschnitten die in den Zeitabschnitten aufintegrierten Werte vorgesehen sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambda-Istwerte nur in einem oder mehreren Teilab­ schnitten aufintegriert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zeitabschnitte sich periodisch wiederholen.