DE102007005680B3

DE102007005680B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007005680B3
Application number: DE102007005680A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Rösel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: US20090223499A1; KR101060377B1; US7849844B2; KR20090008226A; WO2008095904A1

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat einen Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann, und eine zweite Abgassonde die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann. Ein HC-Gütewert (EFF_CAT_HC), der repräsentativ ist für eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators, wird abhängig von einem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde ermittelt. Ein NOx-Korrekturwert (COR_NOX) wird abhängig von dem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde ermittelt und zwar abhängig von Signalanteilen, die repräsentativ sind für vorhandenen Restsauerstoff. Ein NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) wird abhängig von dem HC-Gütewert (EFF_CAT_HC) und dem NOx-Korrekturwert (COR_NOX) ermittelt.
Ein Lambdagütewert (LAMB-GW) wird abhängig von einem Istwert (LAMB_AV) und einem Grundsollwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt. Der Lambdagütewert (LAMB_GW) ist repräsentativ für einen zeitlichen Verlauf einer Abweichung des Istwertes (LAMB_AV) von dem Grundwert (LAMB_SP_AW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Abhängig von dem Lambdagütewert (LAMB_GW) und dem NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) wird ein Fehlerindikator (ERR) ermittelt, der in einem ersten Wertebereich repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler und in einem zweiten Wertebereich repräsentativ ist für einen Abgaskatalysatorfehler.
Mindestens ein Reglerparameter eines Trimmreglers ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, einer ersten Abgassonde, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann, und einer zweiten Abgassonde, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen in Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Insbesondere bei Benzin-Brennkraftmaschinen kommen als Abgaskatalysatoren Dreiwege-Katalysatoren zum Einsatz. Ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Schadstoffkomponenten, wie etwa Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx), setzt ein präzise eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern voraus.
Ferner muss die Zusammensetzung des Gemisches stromaufwärts des Abgaskatalysators eine vorgegebene Schwankung aufweisen und somit ist ein gezielter Betrieb der Brennkraftmaschine sowohl in Luftüberschuss als auch in Luftmangel notwendig, um ein Befüllen und Leeren eines Sauerstoffspeichers des Abgaskatalysators zu erreichen. Bei dem Einlagern von Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher werden insbesondere Stickoxide reduziert, während beim Entleeren des Sauerstoffspeichers die Oxidation unterstützt wird und ferner verhindert wird, dass eingelagerte Sauerstoffmoleküle Teilbereiche des Abgaskatalysators deaktivieren.
Der Sauerstoffspeicher ist unter anderem auch dazu ausgebildet sehr kurzfristig Sauerstoff zu speichern und diesen nach Bedarf zu binden oder abzugeben. Er weist einen Oberflächen- und einen Tiefenspeicher zur Speicherung von Sauerstoff auf.
Aus dem Fachbuch "Handbuch Verbrennungsmotoren", Herausgeber Richard von Basshuysen/Fred Schäfer, 2. Auflage, Juni 2002, Friedrich Vieweg und Sohn Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig/Wiesbaden, Seite 559-561 ist eine Lambdaregelung und eine dieser zugeordnete Trimmregelung für Brennkraftmaschinen mit Benzinbetrieb bekannt. Durch die Lambdaregelung soll sichergestellt werden, dass die Schadstoffkomponenten CO, HC und NOx möglichst gut konvertiert werden und zwar im Zusammenhang mit dem Einsatz eines als Dreiwege-Katalysators ausgebildeten Abgaskatalysators.
Die Lambdaregelung umfasst das Aufmodulieren einer Zwangsanregung auf einen Sollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Optimierung des Katalysatorwirkungsgrades. Abhängig von dem Signal einer linearen Lambdasonde stromaufwärts des Abgaskatalysators wird ein Istwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt und so eine Regelabweichung für den Lambdaregler ermittelt, der als PII²D-Regler ausgebildet ist und an dessen Ausgang ein Korrekturwert zum Korrigieren einer zuzumessenden Kraftstoffmenge ermittelt wird. Die mittels der Korrekturwertes korrigierte zuzumessende Kraftstoffmenge wird durch die Kraftstoffeinspritzventile in die Brennräume der Zylinder zugemessen.
Der Trimmregler ist als PI-Regler ausgebildet, der das weniger Querempfindlichkeiten ausgesetzte Nachkatsondensignal ausnutzt.
Aus dem gleichen Fachbuch, Seiten 568 ff., ist es bekannt den Katalysator zu überwachen. Dazu wird die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ausgenutzt, die korreliert mit der Kohlenwasserstoff-Konvertierung im Abgaskatalysator. Für eine Katalysatordiagnose wird eine erhöhte Zwangsanregung eingesetzt. Bei einem neuen Abgaskatalysator mit einer relativ hohen Sauerstoffspeicherfähigkeit werden diese Regelschwingungen deutlich gedämpft und somit weist das Sondensignal stromabwärts des Abgaskatalysators nur eine geringe Schwingungsamplitude auf. Ein gealterter Katalysator hat ein deutlich schlechteres Speicherverhalten, so dass die vor dem Abgaskatalysator vorhandene Schwingung auf die Abgassonde stromabwärts des Katalysators entsprechend stärker durchschlägt. Zum Überwachen des Katalysators werden daher die Signalamplituden der Lambdasonden vor und hinter dem Katalysator ausgewertet und anschließend der Quotient aus den Amplituden gebildet. Dieses Amplitudenverhältnis wird zur Beurteilung der Konvertierungsrate des Katalysators eingesetzt.
Immer häufiger ist es gefordert auch bezüglich möglicher Stickoxidemissionen eine Überwachung durchzuführen und insbesondere die NOx-Emissionen auch abzuschätzen.
In der DE 10 2005 007 830 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose der von einem Abgaskatalysator einer Brennkraftmaschine mit einem Sauerstoffspeicher geleisteten Konvertierung beschrieben. Bei diesem Verfahren zur Diagnose der von einem Abgaskatalysator mit einem Sauerstoffspeicher geleisteten Konvertierung der im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Schadstoffkomponenten, basierend auf der dynamischen Speicherfähigkeit des Abgaskatalysators für Sauerstoff wird vorgeschlagen, dass die dynamische Speicherfähigkeit für den Eintrag von Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher und die dynamische Speicherfähigkeit für den Austrag von Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher separat voneinander bestimmt werden. Anhand der dynamischen Speicherfähigkeit für den Eintrag von Sauerstoff wird die bezüglich der Reduktion der Schadstoffkomponenten geleistete Konvertierung ermittelt bzw. anhand der dynamischen Speicherfähigkeit für den Austrag von Sauerstoff wird die bezüglich der Oxidation der Schadstoffkomponenten geleitete Konvertierung ermittelt.
Aus der DE 103 30 367 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschwefelung mindestens eines Katalysators eines einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Katalysatorsystems bekannt, wobei eine Entschwefelungsnotwendigkeit in Abhängigkeit zumindest eines Kriteriums ermittelt wird. Während der Entschwefelung des Katalysators wird er bei einer erhöhten Temperatur zumindest zeitweise mit einem fetten Abgas mit Lambda < 1 beaufschlagt. Dabei ist vorgesehen, dass das zumindest eine Kriterium zur Ermittlung zur Entschwefelungsnotwendigkeit eine Sauerstoffspeicherfähigkeit mindestens eines Katalysators des Katalysatorsystems umfasst.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator, einer ersten Abgassonde, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann, also insbesondere stromaufwärts oder innerhalb des Abgaskatalysators, und einer zweiten Abgassonde, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann, also insbesondere stromabwärts des Abgaskatalysators oder gegebenenfalls auch noch innerhalb des Abgaskatalysators, jedoch auf jeden Fall stromabwärts der ersten Abgassonde.
Ein HC-Gütewert, der repräsentativ ist für eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators, wird abhängig von einem Messsignal der zweiten Abgassonde ermittelt. Ein NOx-Korrekturwert wird abhängig von dem Messsignal der zweiten Abgassonde ermittelt und zwar abhängig von Signalanteilen, die repräsentativ sind für vorhandenen Restsauerstoff. Ein NOx-Gütewert wird abhängig von dem HC-Gütewert und dem NOx-Korrekturwert ermittelt. Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass der HC-Gütewert eine gewisse Korrelation bezüglich des NOx-Gütewerts und somit zu der NOx-Emissionen hat. Ferner wird die Erkenntnis genutzt, dass unter Berücksichtigung des NOx-Korrekturwertes der NOx-Gütewert mit noch höhe rer Genauigkeit ermittelt werden kann und somit eine klarere Identifikation von NOx-Emissionen möglich ist.
Dies hat ferner den Vorteil, dass auf den Einsatz zusätzlicher Sensoren verzichtet werden kann. Auf diese Weise werden so insbesondere Kaltstartemissionen, die im Wesentlichen Kohlenwasserstoffemissionen umfassen und Warmemissionen, die im Wesentlichen Stickoxide umfassen getrennt bewertet.
Ein Lambdagütewert wird abhängig von einem Istwert und einem Grundsollwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt, wobei der Lambdagütewert repräsentativ ist für einen zeitlichen Verlauf einer Abweichung des Istwertes von dem Grundwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Abhängig von dem Lambdagütewert und dem NOx-Gütewert wird ein Fehlerindikator ermittelt, der in einem ersten Wertebereich repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler und in einem zweiten Wertebereich repräsentativ ist für einen Katalysatorfehler. Auf diese Weise kann einfach eine Fehlerortseparation ohne den Einsatz zusätzlicher Sensorik erfolgen und so zwischen Gemischkomponentenfehlern und Katalysatorfehlern unterschieden werden. Dies ermöglicht dann auch eine sehr gezielte Behebung des Fehlers, gegebenenfalls in einer Werkstatt, oder es ermöglicht gezieltere Maßnahmen vor Behebung des eigentlichen Fehlers vorzunehmen, die zumindest die Auswirkungen des jeweiligen Fehlers vermindern.
Die ersten und zweiten Wertebereiche können jeweils mehrere mögliche Werte umfassen, alternativ können sie jedoch auch nur jeweils einen Wert umfassen, wobei dies unabhängig für die beiden Wertebereiche der Fall sein kann. Darüber hinaus können die ersten und zweiten Wertebereiche auch noch durch einen dritten Wertebereich voneinander beabstandet sein.
Mindestens ein Reglerparameter eines Trimmreglers und/oder der Trimm-Sollwert des Trimmreglers werden abhängig von dem NOx-Korrekturwert angepasst und zwar, wenn der Fehlerindikator repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler, und der Fehlerindikator bezüglich des Gemischkomponentenfehlers erst als gültig gewertet wird, wenn trotz des Anpassens der Fehlerindikator weiter repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler. Auf diese Weise ist eine Emissionsstabilisierung durch den Trimmregler zusätzlich möglich und somit können bei erfolgter Emissionsstabilisierung durch den Trimmregler mögliche Beeinträchtigungen bei der Fahrbarkeit und/oder zusätzlicher Reparaturaufwand bei Gemischkomponenten vermieden werden.
Somit kann durch diesen so erweiterten Eingriff des Trimmreglers gegebenenfalls die NOx-Emission verringert werden und zwar gegebenenfalls beschleunigt durch das Hervorrufen einer Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Auf diese Weise kann so zunächst versucht werden eine Quelle der Emissionen zu unterbinden bevor auf den Fehler im Bereich der Gemischkomponenten als gültig erkannt werden muss, was auch die Ausgabe des Fehlers umfassen kann. Ferner können so auch Abgaskatalysatoren vorteilhaft mit niedriger Edelmetallbeladung eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Erkennen eines Fehlerfalls bei Gemischkomponenten hinsichtlich seiner Genauigkeit verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Fehlerindikator mit einem Wert aus dem ersten Wertebereich belegt, wenn der NOx-Gütewert repräsentativ ist für zumindest eine vorgegebene hohe NOx-Emission und wenn ein zeitlich zu dem NOx-Gütewert korrelierender Lambdagütewert reprä sentativ ist für ein Überschreiten einer vorgegebenen zeitlichen Abweichung des Istwertes von dem Grundwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Auf diese Weise kann besonders zuverlässig ein Gemischkomponentenfehler erkannt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Fehlerindikator mit einem Wert aus dem zweiten Wertebereich belegt, wenn der NOx-Gütewert repräsentativ ist für zumindest die vorgegeben hohe NOx-Emission und wenn ein zeitlich zu dem NOx-Gütewert korrelierender Lambdagütewert repräsentativ ist für ein Unterschreiten der vorgegebenen zeitlichen Abweichung des Istwertes von dem Grundwert des Luft/Kraftstoffverhältnisses. Auf diese Weise kann ein Abgaskatalysatorfehler besonders zuverlässig erkannt werden. Die vorgegebene Abweichung kann bezüglich des Überschreitens und des Unterschreitens auch unterschiedlich vorgegeben sein, so dass ein Zwischenbereich sich dazwischen befindet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der mindestens eine Regelparameter des Trimmreglers und/oder der Trimm-Sollwert des Trimmreglers abhängig von dem NOx-Gütewert angepasst. Auf diese Weise ist auf besonders einfache Weise der zuverlässige Betrieb möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 ein Blockschaltbild von Teilen der Steuervorrichtung und
3 Signalverläufe.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) hat einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7. Das Saugrohr 7 mündet in einen Einlasskanal, der hin zu einem Zylinder Z1 in dem Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in den Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwege-Katalysator ausgebildet ist. Ferner kann in dem Abgastrakt auch noch ein weiterer Abgaskatalysator 23 angeordnet sein, der beispielsweise auch ein spezieller NOx-Katalysator sein kann.
Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Steuervorrichtung 25 auf, die auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden kann. Der Steuervorrichtung 25 sind Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen.
Darüber hinaus sind der Steuervorrichtung 25 auch Stellantriebe zugeordnet, die auf Stellglieder der Brennkraftmaschine einwirken.
Die Steuervorrichtung 25 ist dazu ausgebildet in Abhängigkeit von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen zu ermitteln, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 umfasst eine Speichereinheit zum Speichern von Daten und Programmen und auch eine Recheneinheit zum Abarbeiten von gespeicherten Programmen. Darüber hinaus umfasst die Steuervorrichtung 25 auch eine Treibereinheit zum Erzeugen entsprechender Stellsignale.
Die Sensoren sind ausgebildet als ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der stromaufwärts der Drosselklappe 5 angeordnet ist und den dort strömenden Luftmassenstrom erfasst, ein Temperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem eine Drehzahl N der Brennkraftmaschine zugeordnet wird.
Ferner umfassen die Sensoren auch eine erste Abgassonde 42, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann. Die erste Abgassonde 42 ist bevorzugt stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 in dem Abgastrakt 4 angeordnet. Die kann jedoch auch in dem Abgaskatalysator 21 angeordnet sein. Die erste Abgassonde 42 ist dazu ausgebildet einen Restsauerstoffgehalt des Abgases zu erfassen. Ihr Messsignal VLS_UP ist somit charakteristisch für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der Abgassonde 42 vor der Oxidation des Kraftstoffs. Bevorzugt ist die erste Abgassonde 42 als lineare Lambdasonde ausgebildet. Eine beispielhafte Ausgestaltung einer derartigen linearen Lambdasonde ist beispielsweise in dem bereits eingangs zitierten "Handbuch Verbrennungsmotor", Seite 589 offenbart, dessen Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
Ferner ist eine zweite Abgassonde 43 vorgesehen, die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann. Die zweite Abgassonde 43 ist bevorzugt als eine binäre Lambdasonde ausgebildet, die auch als Sprungsonde bezeichnet wird. Die zweite Abgassonde 43 ist bevorzugt stromabwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet. Sie kann jedoch auch innerhalb des Abgaskatalysators 21 angeordnet sein. In diesem Fall ist sie jedoch auf jeden Fall stromabwärts der ersten Abgassonde 42 angeordnet.
Das Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 ist charakteristisch für einen Restsauerstoffgehalt des Abgases im Bereich der zweiten Abgassonde 43.
Der Steuervorrichtung 25 können die genannten Sensoren oder auch eine Untermenge dieser oder auch zusätzliche Sensoren zugeordnet sein.
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind bevorzugt noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen ebenfalls entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind.
Teile der Steuervorrichtung 25 sind im Folgenden anhand des Blockschaltbildes der 2 näher erläutert. Das Blockschaltbild umfasst Blöcke B1 bis B18, die auch als Funktionsblöcke bezeichnet werden und deren Funktionalitäten bevorzugt in der Form von Programmen in der Steuervorrichtung gespeichert sind und die dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine bevorzugt abgearbeitet werden.
Einem Block B1 ist eingangsseitig ein Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zugeführt, der durch eine weitere nicht dargestellte Funktion vorgegeben werden kann oder auch grundsätzlich fest vorgegeben sein kann. Bevorzugt weist der Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Wert auf, der nahe dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch liegt.
Darüber hinaus ist dem Block B1 ein Zwangsanregungsamplitude A und eine Zwangsanregungsfrequenz F zugeführt. Abhängig von der Zwangsanregungsamplitude A und der Zwangsanregungsfrequenz F wird dem Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Block B1 eine Zwangsanregung aufmoduliert zum Einstellen einer Lambdaschwankung zur Optimierung des Katalysatorwirkungsgrades des Abgaskatalysators 21. Ausgangsseitig des Blocks B1 wird dann der entsprechend zwangsangeregte Sollwert LAMB_SP des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgegeben, der eingangsseitig zu dem Block B2 geführt ist.
Der Block B2 umfasst einen Lambdaregler, der bevorzugt als linearer Lambdaregler ausgebildet ist und der bevorzugt als PII²D-Regler ausgebildet ist. Ein derartiger linearer Lambdaregler ist im Rahmen einer Lambdareglung in dem "Handbuch Verbrennungsmotor", das bereits eingangs zitiert wurde, auf den Seiten 559-561 offenbart, deren Inhalt hiermit diesbezüglich einbezogen ist.
Ausgangsseitig des Blocks B2 wird dann von dem Lambdaregler ein Lambda-Korrekturwert FAC_LAM erzeugt. In einem Block B4 wird abhängig von einer einzustellenden Last eine zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt abhängig von der Drehzahl N und dem Luftmassenstrom MAF, der in den jeweiligen Brennraum der jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 strömt.
In einem Verknüpfungspunkt VK wird die zuzumessende Kraftstoffmasse MFF_SP verknüpft mit dem Lambda-Korrekturwert FAC_LAM zu einer korrigierten zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF_SP_COR, die dann in ein entsprechendes Stellsignal zum Ansteuern eines jeweiligen Einspritzventils 18 umgesetzt wird.
Ein Block B6 umfasst einen Trimmregler. Dem Block B6 ist das Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 und ein Trimm-Sollwert TRIM_SP zugeführt. Der Trimm-Sollwert TRIM_SP ist bevorzugt vorgegeben und abhängig von der spezifischen Ausgestaltung der zweiten Abgassonde 43. Er kann beispielsweise einen Wert zwischen 650 und 700 mV annehmen. Der Trimm-Regler umfasst bevorzugt einen P-, einen D- und gegebenenfalls einen I-Anteil. Die Regeldifferenz des Trimm-Reglers hängt bevorzugt ab von dem Trimm-Sollwert TRIM_SP und dem Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43. Gegebenenfalls wird vor dem Bilden der Regeldifferenz das Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 auch noch gefiltert.
Abhängig von dem Stellsignalanteil, der durch den I-Anteil des Trimm-Reglers gebildet wird, kann beispielsweise auch noch ein Adaptionswert ermittelt werden, so beispielsweise aus einem über einen vorgegebenen Zeitraum im Mittel anliegenden Stellsignalanteil des I-Anteils. Das Stellsignal des Trimm-Reglers wirkt bevorzugt in Form einer Kennlinienverschiebung einer Kennlinie über die eine Zuordnung des Messsignals VLS_UP der ersten Abgassonde 42 zu dem Istwert LAMB_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt. Durch den Trimm-Regler kann so insbesondere eine Veränderung der Charakteristik der ersten Abgassonde 42 über den Betrieb der Brennkraftmaschine kompensiert werden.
Ein Block B8 ist dazu ausgebildet, einen HC-Gütewert EFF_CAT_HC abhängig von dem Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 und einem Referenzwert VLS_DOWN_REF des Messsignals der zweiten Abgassonde 43 zu ermitteln. Dies erfolgt bevorzugt in Form einer Überprüfung der Sauerstoffspeicherfähigkeit – auch bezeichnet als oxygen storage capacity – des Abgaskatalysators 42. Zu diesem Zweck wird bevorzugt in vorgegebenen Betriebszuständen, insbesondere in einem quasistationären Betriebszustand, die Zwangsanregungsamplitude A erhöht im Vergleich zu dem Normalbetrieb und über eine vorgegebene Anzahl an Zyklen der Zwangsanregung, so zum Beispiel in etwa 20 Zyklen, abhängig von einer dazu korrelierenden Amplitude einer Schwingung des Messsignals VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 in Bezug auf den Referenzwert VLS_DOWN_REF des Messsignals der zweiten Abgassonde 43 der HC-Gütewert EFF_CAT_HC ermittelt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Amplitude dieser Schwingung umso geringer ist, je höher die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators 42 ist. Insbesondere kann so das Oberflächensauerstoffspeicherverhalten des Abgaskatalysators sehr genau analysiert werden, das repräsentativ ist für die Konvertierfähigkeit von HC-Emissionen innerhalb des Abgaskatalysators 42.
Alternativ kann der HC-Gütewert EFF_CAT_HC auch auf andere Art und Weise ermittelt werden, wie beispielsweise durch eine entsprechende Sauerstoffbilanzierung abhängig von dem Messsignal der ersten Abgassonde 42 VLS_UP und dem zweiten Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43.
Ein Block B10 ist dazu ausgebildet, einen NOx-Korrekturwert COR_NOX zu ermitteln. Dies erfolgt abhängig von dem Messsignal VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43, dem Referenzwert VLS_DOWN_REF des Messsignals der zweiten Abgassonde 43 und dem Luftmassenstrom MAF. Das Vorgehen zum Ermitteln des NOx-Korrekturwertes COR_NOX ist im Folgenden anhand der Signalverläufe gemäß der 3 näher erläutert.
In der 3 ist über die Zeit T der beispielhafte Signalverlauf des Messsignals VLS_DOWN der zweiten Abgassonde 43 dargestellt. Die zweite Abgassonde 43 ist in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass ihr Messsignal VLS_DOWN einen kleineren Spannungswert aufweist, als der Referenzwert VLS_DOWN_REF im Falle eines im Bereich der zweiten Abgassonde 43 vorhandenen Restsauerstoffsanteils, während es bei entsprechend nicht vorhandenem Restsauerstoffanteil einen größeren Spannungswert als der Referenzwert VLS_DOWN_REF aufweist.
Beispielhaft sind ein erster und zweiter Schwellenwert VLS_DOWN_THD_1, VLS_DOWN_THD_2 vorgegeben, denen dann NOx-Faktoren FAC_NOx und zwar erste beziehungsweise zweite NOx_Faktorwert FAC_NOx_1, FAC_NOx_2 zugeordnet sind. Diese sind bevorzugterweise fest vorgegeben und beispielsweise durch entsprechende Versuche oder Simulation ermittelt. Be vorzugt werden der jeweilige Wert des Luftmassenstroms MAF und der NOx-Faktor, der zeitlich gerade zugeordnet ist, miteinander verknüpft und dieses Produkt dann integriert. Damit ergibt sich der in dem unteren Teil der 3 dargestellte Verlauf eines NOx-Integrals NOx_INT. Dabei bezeichnen t_1 bis t_6 entsprechende Zeitpunkte. Das Ermitteln des NOx-Integrals NOx_INT wird bevorzugt in vorgegebenen Fahrsituationen beispielsweise bei einer Konstantfahrt mit einer hohen Motorlast oder auch in Beschleunigungsphasen durchgeführt.
Abhängig von dem NOx-Integral NOx_INT wird dann der NOx-Korrekturwert COR_NOX ermittelt. Dies kann erfolgen, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die beispielsweise bezogen ist auf die zeitliche Dauer des Integrationsvorgangs.
Der NOx-Korrekturwert COR_NOX ist eine Eingangsgröße für einen Block B12, dem ebenfalls der HC-Gütewert EFF_CAT_HC zugeführt ist. In dem Block B12 wird abhängig von dem HC-Gütewert EFF_CAT_HC und dem NOx-Korrekturwert COR_NOX ein NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt mittels multiplikativer Verknüpfung. Es kann jedoch auch beispielsweise mittels additiver Verknüpfung erfolgen.
In einem Block B14 erfolgt vorzugsweise ein Vergleich des NOx-Gütewertes EFF_CAT_DIAG_NOX mit einem NOx-Grenzgütewert EFF_CAT_DIAG_NOX_LIM, der bevorzugt fest vorgegeben ist und beispielsweise dem Verhalten eines so genannten Grenzkatalysators entspricht, also eines Abgaskatalysators, der vorgegebene Abgaswerte gerade noch einhält. Je nach dem Vergleichsergebnis wird dann ein Diagnoseindikator DIAG mit einem entsprechend charakteristischen Wert ermittelt, der je nach Ausgang des Vergleichs charakteristisch ist für einen Fehler, insbesondere aufgrund zu hoher NOx-Emissionen oder keinen Fehler.
Einem Block B18 ist der Istwert LAMB_AV des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zugeführt. Der Block B18 ist dazu ausgebildet, einen Lambdagütewert LAMB_GW abhängig von dem Istwert LAMB_AV und dem Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu ermitteln, der repräsentativ ist für einen zeitlichen Verlauf einer Abweichung des Istwertes von dem Grundwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Dabei wird die Abweichung bevorzugt absolut ermittelt, also ohne Berücksichtigung des Vorzeichens.
In dem Block B16 wird dann ein Fehlerindikator ERR abhängig von dem Diagnoseindikator DIAG und dem zeitlich korrelierenden Lambdagütewert LAMB_GW ermittelt. Weist somit der Diagnoseindikator DIAG den Wert auf, der einen unzulässigen Anstieg von NOx-Emissionen repräsentiert, so wird in dem Block B16 geprüft, ob der entsprechend zeitlich korrelierende Lambdagütewert LAMB_GW repräsentativ ist für eine starke Abweichung in dem entsprechenden Zeitraum des Istwertes LAMB_AV von dem Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Ist dies der Fall, so wird der Fehlerindikator ERR mit einem Wert innerhalb eines ersten Wertebereichs belegt, der repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler.
Wenn andererseits der Diagnoseindikator DIAG ebenfalls einen Wert aufweist, der auf einen unzulässigen Anstieg der NOx-Emissionen hinweist, aber der Lambdagütewert LAMB_GW, der zeitlich dazu korreliert, nicht repräsentativ ist für eine starke Abweichung des Istwertes LAMB_AV von dem Grundsollwert LAMB_SP_RAW des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so wird dem Fehlerindikator ERR ein Wert innerhalb eines zweiten Wertebereichs zugeordnet, der repräsentativ ist für einen Abgaskatalysatorfehler. Bevorzugt hat der Fehlerindikator ERR einen dritten Wertebereich, der repräsentativ dafür ist, dass weder ein Gemischkomponentenfehler noch ein Abgaskatalysatorfehler vorliegt. Die ersten bis dritten Wertebereiche können auch jeweils nur einen Wert annehmen, so dass dem Fehlerindikator ERR drei unterschiedliche Werte zugeordnet werden können. Alternativ kann der Fehlerindikator auch einen Unterindikator für Gemischkomponentenfehler und einen weiteren Unterindikator für Abgaskatalysatorfehler aufweisen.
Dem Block B6, der den Trimm-Regler umfasst, ist der NOx-Korrekturwert COR_NOX oder der davon abgeleitete NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX zugeführt und ferner auch der Fehlerindikator ERR.
Falls der Fehlerindikator ERR einen Wert in dem ersten Wertebereich aufweist, der also repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler, so kann zunächst eine Korrektur eines Reglerparameters des Trimm-Reglers und/oder des Trimm-Sollwertes TRIM_SP erfolgen und zwar abhängig von dem NOx-Korrekturwert COR_NOX. Dazu kann beispielsweise direkt der NOx-Korrekturwert COR_NOX oder aber auch der NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX eingesetzt werden. Insbesondere kann der Wert des Fehlerindikators ERR auf einer Fehleranzeige im vermeintlichen Fehlerfall beispielsweise verzögert erfolgen und zunächst erst ein Eingriff innerhalb des Trimm-Reglers erfolgen. Erst nach einem oder mehreren erneuten Berechnungen des Fehlerindikators ERR mit neuen Werten des Diagnoseindikators DIAG kann dann, wenn der Wert des Fehlerindikators ERR, der repräsentativ ist für den ersten Wertebereich und somit für den Gemischkomponentenfehler, dieser in Form eines Fehlereintrags oder einer Anzeige ausgegeben werden.
Bevorzugt werden in dem Block B6 die P- oder auch D-Reglerparameter des Trimm-Reglers abhängig von dem NOx-Korrekturwert COR_NOX oder dann auch direkt abhängig von dem NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX in dem Fall des Vorliegens eines Wertes innerhalb des ersten Wertebereichs bei dem Fehlerindikator ERR angepasst.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein I-Parameter des Trimm-Reglers entsprechend in diesem Fall angepasst werden oder auch ein beispielsweise aus einem im Mittel anliegenden I-Anteil ermittelter Adaptionswert im Rahmen der Trimm-Regelung angepasst werden oder aber auch der Trimm-Sollwert TRIM_SP in diesem Fall abhängig von dem NOx-Korrekturwert COR_NOX oder dem NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX angepasst werden.
Dabei können beispielsweise auch die entsprechenden Reglerparameter oder auch der Trimm-Sollwert TRIM_SP unterschiedlich stark gleichzeitig abhängig von dem NOx-Korrekturwert COR_NOX oder auch direkt abhängig von dem NOx-Gütewert EFF_CAT_DIAG_NOX angepasst werden oder auch die Anpassung abhängig von den jeweiligen Werten des NOx-Korrekturwertes COR_NOX oder auch des NOx-Gütewertes EFF_CAT_DIAG_NOX oder auch des Fehlerindikators ERR angepasst werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator (21), einer ersten Abgassonde (42), die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann, und einer zweiten Abgassonde (43), die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann, bei dem – ein HC-Gütewert (EFF_CAT_HC), der repräsentativ ist für eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators (21), abhängig von einem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde (43) ermittelt wird, – ein NOx-Korrekturwert (COR_NOX) abhängig von dem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde (43) ermittelt wird, und zwar abhängig von Signalanteilen, die repräsentativ sind für vorhandenen Restsauerstoff, – ein NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) abhängig von dem HC-Gütewert (EFF_CAT_HC) und dem NOx-Korrekturwert (COR_NOX) ermittelt wird, – ein Lambdagütewert (LAMB_GW) abhängig von einem Istwert (LAMB_AV) und einem Grundsollwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt wird, der repräsentativ ist für einen zeitlichen Verlauf einer Abweichung des Istwertes (LAMB_AV) von dem Grundwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und – abhängig von dem Lambdagütewert (LAMB_GW) und dem NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) ein Fehlerindikator (ERR) ermittelt wird, der in einem ersten Wertebereich repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler und in einem zweiten Wertebereich repräsentativ ist für einen Abgaskatalysatorfehler, – mindestens ein Reglerparameter eines Trimmreglers und/oder ein Trimm-Sollwert (TRIM_SP) des Trimmreglers abhängig von dem NOx-Korrekturwert (COR_NOX) angepasst wird und zwar, wenn der Fehlerindikator (ERR) repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler, und der Fehlerindikator (ERR) bezüglich des Gemischkomponentenfehlers erst als gültig gewertet wird, wenn trotz des Anpassens der Fehlerindikator (ERR) weiter repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fehlerindikator (ERR) mit einem Wert aus dem ersten Wertebereich belegt wird, wenn der NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) repräsentativ ist für zumindest eine vorgegebene hohe NOx-Emission und wenn ein zeitlich zu dem NOx_Gütewert korrelierender Lambdagütewert (LAMB_GW) repräsentativ ist für ein Überschreiten einer vorgegebenen zeitlichen Abweichung des Istwertes (LAMB_AV) von dem Grundwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Fehlerindikator mit einem Wert aus dem zweiten Wertebereich belegt wird, wenn der NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) repräsentativ ist für zumindest die vorgegeben hohe NOx-Emission und wenn ein zeitlich zu dem NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_Nox) korrelierender Lambdagütewert (LAMB_GW) repräsentativ ist für ein Unterschreiten einer vorgegebenen zeitlichen Abweichung des Istwertes (LAMB_AV) vom den Grundwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Reglerparameter des Trimmreglers und/oder der Trimm-Sollwert (TRIM_SP) des Trimmreglers abhängig von dem NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) angepasst wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator (21), einer ersten Abgassonde (42), die so an geordnet ist, dass sie im Rahmen einer Lambdaregelung eingesetzt werden kann, und einer zweiten Abgassonde (43), die so angeordnet ist, dass sie im Rahmen einer Trimmregelung eingesetzt werden kann, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist – einen HC-Gütewert (EFF_CAT_HC), der repräsentativ ist für eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators (21), abhängig von einem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde (43) zu ermitteln, – einen NOx-Korrekturwert (COR_NOX) abhängig von dem Messsignal (VLS_DOWN) der zweiten Abgassonde (43) zu ermitteln, und zwar abhängig von Signalanteilen, die repräsentativ sind für vorhandenen Restsauerstoff, – einen NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) abhängig von dem HC-Gütewert (EFF_CAT_HC) und dem NOx-Korrekturwert (COR_NOX) zu ermitteln, – einen Lambdagütewert (LAMB_GW) abhängig von einem Istwert (LAMB_AV) und einem Grundsollwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu ermitteln, der repräsentativ ist für einen zeitlichen Verlauf einer Abweichung des Istwertes (LAMB_AV) von dem Grundwert (LAMB_SP_RAW) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, – abhängig von dem Lambdagütewert (LAMB_GW) und dem NOx-Gütewert (EFF_CAT_DIAG_NOX) einen Fehlerindikator (ERR) zu ermitteln, der in einem ersten Wertebereich repräsentativ ist für einen Gemischkomponentenfehler und in einem zweiten Wertebereich repräsentativ ist für einen Abgaskatalysatorfehler, und – mindestens einen Reglerparameter eines Trimmreglers und/oder einen Trimm-Sollwert (TRIM_SP) des Trimmreglers abhängig von dem NOx-Korrekturwert (COR_NOX) anzupassen und zwar, wenn der Fehlerindikator (ERR) repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler, und den Fehlerindikator (ERR) bezüglich des Gemischkomponentenfehlers erst als gültig zu werten, wenn trotz des Anpassens der Fehlerindikator (ERR) weiter repräsentativ ist für den Gemischkomponentenfehler.