DE102004043529B3

DE102004043529B3 - Verfahren zur Gemischregelung einer Otto-Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren und einem den Einzelkatalysatoren nachgeschalteten gemeinsamen Hauptkatalysator

Info

Publication number: DE102004043529B3
Application number: DE102004043529A
Authority: DE
Inventors: Alexander Ketterer; Gerd Dr. Rösel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: EP1792068A1; US20080009997A1; WO2006027303A1; KR20070059112A

Abstract

Gemäß einem Aspekt dieses Verfahrens wird eine zylinderbezogene Zwangsanregung für eine Hälfte der Zylinder einer Zylinderbank oder der gesamten Brennkraftmaschine jeweils gegensinnig zu derjenigen für die andere Hälfte der Zylinder durchgeführt, um einen Ausgleich der zylinderbezogenen Drehmomentbeiträge zu erzielen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine zylinderbezogene Trimmregelung für die Einzelkatalysatoren vorgesehen, welche mit Hilfe des Signals einer gemeinsamen Lambda-Sonde Unterschiede zwischen den in die einzelnen Zylinder eingebrachten Luft- und/oder Kraftstoffmassen ausgleicht. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Lambda-Regelung für den den zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren (K1-K4) nachgeschalteten gemeinsamen Hauptkatalysator (HK).

Description

Zur Reinigung des Abgases von Otto-Brennkraftmaschinen wird heute üblicherweise ein lambdageregelter 3-Wege-Katalysator verwendet, dem gegebenenfalls ein motornaher Vorkatalysator vorgeschaltet ist. Eine übliche Lambda-Regelung für den allen Zylindern gemeinsamen Hauptkatalysator und gegebenenfalls vorgesehenen Vorkatalysator ist beispielsweise in „Handbuch Verbrennungsmotor", 2. Aufl., von Richard van Basshuysen/Fred Schäfer, S. 559 bis 561 beschrieben. Die Lambda-Regelung regelt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda (λ) mit Hilfe von Signalen einer dem Hauptkatalysator vorgeschalteten Lambda-Sonde (Vorkat-Sonde) und gegebenenfalls einer dem Hauptkatalysator nachtgeschalteten Lambda-Sonde (Nachkat-Sonde). Die Lambda-Regelung umfasst üblicherweise eine so genannte Zwangsanregung, die einem stöchiometrischen Lambda-Sollwert eine periodische Schwankung in Form eines λ-Pulses zur Optimierung des Katalysatorwirkungsgrades überlagert. Die Lambda-Regelung umfasst ferner üblicherweise eine so genannte Führungs- oder Trimmregelung, durch die das Signal der Vorkat-Sonde in Abhängigkeit von dem Signal der Nachkat-Sonde korrigiert wird, um alterungsbedingte Mess-Fehler der Vorkat-Sonde auszugleichen. Wegen weiterer Einzelheiten einer derartigen herkömmlichen Lambda-Regelung mit Zwangsanregung und Führungs- bzw. Trimmregelung sei auf die genannte Literaturstelle Bezug genommen.

Bei der vorbekannten Lambda-Regelung handelt es sich um eine über sämtliche Zylinder gemittelte Regelung, die zylinderspezifische Besonderheiten nicht berücksichtigen kann. Aus der DE 102 06 402 C1 ist bereits ein Verfahren für eine zylinderselektive Lambda-Regelung bekannt geworden, bei dem das Signal der Lambda-Sonde (Vorkat-Sonde) durch einen Mikrokontroller zyklenaufgelöst wird, so dass das Lambda-Signal den einzelnen Zylindern zugeordnet und somit einzelne Abgaspakete dieser Zylinder erfasst werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gemischregelung einer Otto-Mehrzylinder-Brennkraftmaschine anzugeben, die zum Erfassen zylinderspezifischer Besonderheiten auf möglichst einfache Weise zylinderbezogen durchgeführt werden kann.

Lösungen dieser Aufgabe sind in den Ansprüchen 1 und 4 definiert.

Die Lösungen nach den Ansprüchen 1 und 4 beruhen auf der gemeinsamen erfinderischen Idee einer Systemkonfiguration, bei der den einzelnen Zylindern jeweils Einzelkatalysatoren zugeordnet sind und den Einzelkatalysatoren ein gemeinsamer Hauptkatalysator nachgeschaltet ist, wobei eine zylinderbezogene Gemischregelung mit Hilfe einer den Einzelkatalysatoren nachfolgenden gemeinsamen Lambda-Sonde ermöglicht wird.

Die Einzelkatalysatoren sind zweckmäßigerweise an der Brennkraftmaschine angeordnet und können z.B. in Direktmontage in den jeweiligen Krümmern installiert sein, um ein möglichst kurzfristiges „Anspringen" der Einzelkatalysatoren zu erreichen.

Die Katalysatoren sind jeweils als 3-Wege-Katalysatoren ausgebildet, wobei die Einzelkatalysatoren eine vorgegebene, jedoch relativ geringe Sauerstoffspeicherfähigkeit haben. Die zylinderbezogene Lambda-Regelung umfasst eine zylinderbezogene Zwangsanregung, durch die einem mittleren Lambda-Sollwert jeweils eine periodische Schwankung in Form von Magergemisch- und Fettgemisch-Halbwellen aufmoduliert wird.

Gemäß der Lösung nach Anspruch 1 wird die zylinderbezogene Zwangsanregung, falls die Zylinderzahl der gesamten Brennkraftmaschine oder zumindest einer Zylinderbank geradzahlig ist, für eine Hälfte der Zylinder jeweils gegensinnig zu derjenigen der anderen Hälfte durchgeführt, um einen Ausgleich der zylinderbezogenen Drehmomentbeiträge der Zylinder zu erzielen. So werden z.B. bei einem 4-Zylinder-Motor zwei Zylinder „angefettet" und gleichzeitig die anderen beiden Zylinder „abgemagert". Hierdurch lässt sich ein vollständiger Drehmomentenausgleich realisieren. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass sich dies in einfacher Weise durch das an sich bekannte Verfahren der Zwangsanregung erreichen lässt.

Um die konvertierende Wirkung der zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren auch bei dynamischen Gemischstörungen (z.B. bei instationären Betriebszuständen) aufrechtzuerhalten, wird gemäß Anspruch 3 die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbeladung der Einzelkatalysatoren an alterungsbedingte Änderungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit angepasst. Diese Adaption ist unter Beibehaltung der Drehmomentengleichstellung möglich.

Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Einzelkatalysatoren innerhalb des Bereiches ihrer Sauerstoff speicherfähigkeit betrieben werden können; d.h., die Zwangsanregung muss nicht zwingend soweit ausgesteuert werden, bis die Einzelkatalysatoren an die Grenze ihrer Sauerstoffspeicherfähigkeit im stationären Betrieb kommen.

Gemäß der Lösung nach Anspruch 4 ist eine Trimmregelung des Gemisches für jeden der Einzelkatalysatoren vorgesehen, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromab der Einzelkatalysatoren mit nur einer gemeinsamen Lambda-Sonde erfasst wird. Da bei der gegebenen Systemkonfiguration Unterschiede zwischen den in die einzelnen Zylinder eingebrachten Luft- und/oder Kraftstoffmassen (Füllungsunterschiede und Unterschiede der eingespritzten Kraftstoffmassen) den Betrieb der zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren beeinflussen, wäre ein Betrieb der Einzelkatalysatoren mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) innerhalb des so genannten Katalysatorfensters nicht gewährleistet. Eine maximale Nutzung der Einzelkatalysatoren ist bekanntlich jedoch nur dann möglich, wenn alle Einzelkatalysatoren wirkungsgradoptimiert im Katalysatorfenster betrieben werden. Erfindungsgemäß wird daher das Gemisch für jeden der Katalysatoren einer zylinderbezogenen Trimmregelung unterzogen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus dem Signal der gemeinsamen Lambda-Sonde zyklenaufgelöst zylinderbezogene Lambda-Signale rekonstruiert, und mit Hilfe dieser rekonstruierten zylinderbezogenen Lambda-Signale wird dann eine zylinderbezogene Trimmregelung durchgeführt.

Hierbei wird gemäß Anspruch 5 so vorgegangen, dass vorab die zylinderindividuelle Zwangsanregung an die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren so angepasst wird, dass die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbela dung der Einzelkatalysatoren am Ende jeder Magergemisch-Halbwelle der Zwangsanregung eine Ziel-Sauerstoffbeladung in der Größenordnung ihrer Sauerstoffspeicherfähigkeit erreicht, aus konstanten Verläufen der rekonstruierten zylinderbezogenen Lambda-Signale über alle Zylinder ein im Katalysatorfenster liegender mittlerer Referenzwert gewonnen wird und dieser mittlere Referenzwert als Führungsgröße und Signalabweichungen der rekonstruierten zylinderbezogenen Lambda-Signale von dem mittleren Lambda-Referenzwert als Regelabweichung der Trimmregelung verwendet werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Trimmregelung macht sich somit die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren zunutze. Die konstanten Verläufe der zylinderbezogenen Lambda-Signale ergeben sich dabei infolge der Sauerstoffspeicherung der Einzelkatalysatoren, und sie bilden gewissermaßen den Bezugspunkt für die Bestimmung der zylinderbezogenen Abweichungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.

Die Erfindung ermöglicht somit eine stöchiometrische Gemischtrimmung jedes der zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren mit einer einzigen Lambda-Sonde, um alle Einzelkatalysatoren im Katalysatorfenster zu betreiben und somit den maximalen Wirkungsgrad der Einzelkatalysatoren langstabil zu erreichen.

Je nach möglicher Geschwindigkeit der Rekonstruktion der zylinderbezogenen Lambda-Signale wird gemäß Anspruch 6 die Trimmregelung mit einem P- und I-Anteil (hohe Geschwindigkeit der Signalrekonstruktion) oder mit nur einem I-Anteil (geringe Geschwindigkeit der Signalrekonstruktion) durchgeführt.

Falls erforderlich, kann gemäß Anspruch 7 der zylinderbezogenen Trimmregelung für die Einzelkatalysatoren die heute übliche, standardmäßig eingesetzte Mittelwert-Trimmregelung über alle Zylinder zur Korrektur von altersbedingten Messfehlern der Lambda-Sonde überlagert werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Bestimmung des mittleren Lambda-Sollwertes aus konstanten Verläufen der zylinderbezogenen Lambda-Signale über alle Zylinder ein Offset-Fehler der Lambda-Sonde das Messergebnis nicht beeinflusst. Eine zusätzliche Lambda-Sonde zur Offset-Fehlerkompensation ist daher nicht zwingend erforderlich, wenngleich sie natürlich vorgesehen werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft die Lambda-Regelung für den den Einzelkatalysatoren nachgeschalteten Hauptkatalysator. In diesem Zusammenhang ist gemäß Anspruch 9 vorgesehen, dass bei der Definition der Parameter der in üblicher Weise ausgelegten Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator und einer gegebenenfalls vorgesehenen Mittelwert-Trimmregelung die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren berücksichtigt wird. Diese Berücksichtigung erfolgt gemäß Anspruch 10 durch eine Berücksichtigung der Zeitdauer, die zwischen einer durch einen Fettgemisch- oder Magergemisch-Durchbruch eines Einzelkatalysators verursachten Umschaltung der Kraftstoffeinspritzung und der hierdurch hervorgerufenen Signalabweichung des betreffenden zylinderbezogenen Lambda-Signals verstreicht.

Ferner ist gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass die Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator zwischen Betriebszuständen mit konstanten Signalverläufen (Sauerstoffspeicher nicht übergelaufen) und Betriebszuständen mit Signalabweichungen der zylinderbezogenen Lambda-Signale (Sauerstoffspeicher übergelaufen) unterscheidet und ihr Verhalten durch eine entsprechende Anpassung der Reglerparameter und/oder Reglerstruktur an diese beiden Betriebszustände anpasst.

Diese Maßnahmen ermöglichen eine Erhöhung der Regelgüte der Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator durch Berücksichtigung der unterschiedlichen Betriebszustände der Lambda-Regelung in Form von Adaption der Reglerparameter und/oder Strukturumschaltungen der Regelung.

Ein genereller Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die für die Einzelkatalysatoren gemeinsame Lambda-Sonde eine binäre oder stetige Sonde sein kann und das Signal dieser Lambda-Sonde als Führungsgröße für die Gemischregelung von mehreren zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren verwendet werden kann.

Anhand der Zeichnung werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Diagramm einer Systemkonfiguration für die Abgasnachbehandlung einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine;
2 einen λ-Puls einer Zwangsanregung und ein rekonstruiertes λ-Signal für einen ersten Zylinder der Brennkraftmaschine;
3 einen λ-Puls und ein rekonstruiertes λ-Signal für einen zweiten Zylinder;
4 das Signal einer gemeinsamen Lambda-Sonde unter Berücksichtigung der beiden Zylinder entsprechend 2 und 3.
1 zeigt ein Beispiel einer Systemkonfiguration gemäß der Erfindung für eine 4-Zylinder-Otto-Brennkraftmaschine BKM mit vier Zylindern Z1-Z4, zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren K1-K4 und einem den Einzelkatalysatoren nachgeschalteten Hauptkatalysator HK. Zwischen den Einzelkatalysatoren K1-K4 und dem Hauptkatalysator HK ist im gemeinsamen Abgastrakt eine Lambda-Sonde LS1 angeordnet, deren Signal einem elektronischen Betriebssteuergerät ECU zugeführt wird. Dem Hauptkatalysator HK ist zweckmäßigerweise eine weitere Lambda-Sonde LS2 nachgeschaltet, deren Signal ebenfalls dem Betriebssteuergerät ECU zugeführt wird. Das elektronische Betriebssteuergerät führt eine Gemischregelung in Form einer zylinderbezogenen Lambda-Regelung durch, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ der Zylinder Z1-Z4 zu regeln.
Die Lambda-Regelung umfasst eine zylinderbezogene Zwangsanregung in Form eines λ-Pulses, der einem mittleren Lambda-Sollwert (0,998) auf moduliert wird und somit Magergemisch-Halbwellen (λ = 1,028) und Fettgemisch-Halbwellen (λ = 0,968) erzeugt, siehe die oberen Kurven der 2 und 3.
Gemäß der ersten Lösung der Erfindung wird, wie bereits eingangs erläutert, die zylinderbezogene Zwangsanregung für eine Hälfte der Zylinder jeweils gegensinnig zu derjenigen für die andere Hälfte der Zylinder durchgeführt. So werden beispielsweise den Magergemisch-Halbwellen der Zylinder Z1 und Z3 die Fettgemisch-Halbwellen der Zylinder Z2 und Z4 zugeordnet (und umgekehrt), wie durch einen Vergleich der 2 und 3 deutlich wird. Dies ermöglicht einen vollständigen Ausgleich der Drehmomentbeiträge der Zylinder, sofern eine geradzahlige Zylinderzahl pro Bank oder pro gesamter Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Die Dauer und Amplitude der λ-Pulse der Zwangsanregung werden hierbei für beide Zylindergruppen gleich gewählt, wie ebenfalls aus den 2 und 3 ersichtlich ist.
Um die konvertierende Wirkung der zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren K1 bis K4 auch bei dynamischen Gemischstörungen aufrechtzuerhalten, wird die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbeladung der Einzelkatalysatoren an alterungsbedingte Änderungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren angepasst (Alterungsadaption).
Bei der gegebenen Systemkonfiguration gemäß 1 beeinflussen Unterschiede der in die einzelnen Zylinder Z1 bis Z4 eingebrachten Luft- und/oder Kraftstoffmassen den Betrieb der Einzelkatalysatoren K1 bis K4, so dass es zu Abweichungen der zylinderspezifisch eingeregelten Lambda-Werte von dem optimalen Lambda-Sollwert kommen kann. Diese Abweichungen können in der Größenordnung von ± 3% liegen. Ohne zusätzliche Maßnahmen würden dann die Einzelkatalysatoren nicht mehr wirkungsgradoptimiert im Katalysatorfenster betrieben werden.
Um diese Abweichungen der zylinderspezifischen Lambda-Werte von dem optimalen Lambda-Sollwert zu kompensieren, wird gemäß der zweiten Lösung der Erfindung eine zylinderbezogene Trimmregelung des Gemisches für jeden der Einzelkatalysatoren K1 bis K4 durchgeführt. Hierbei wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen:
Vorab wird die zylinderindividuelle Zwangsanregung an die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren so angepasst, dass die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbeladung der Einzelkatalysatoren am Ende jeder Magergemisch-Halbwelle eine Ziel-Sauerstoffbeladung in der Größenordnung ihrer Sauerstoffspeicherfähigkeit erreicht. Beträgt die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren beispielsweise 10 mg, die Amplitude der Zwangsanregung 0,3 (λ = 1,03) und eine Zylinderfüllung MAF = 200 mg/Hub, so lässt sich hieraus berechnen, dass ca. 7 Magerhalbwellen und somit 7 Arbeitsspiele erforderlich sind, um die Ziel-Sauerstoffbeladung des betreffenden Einzelkatalysators unter den angenommenen Randbedingungen zu erzielen. Die Zwangsanregung wird daher in diesem Beispiel so ausgelegt, dass sich jede Magergemisch-Halbwelle und jede Fettgemisch-Halbwelle des λ-Pulses über 7 Arbeitsspiele erstreckt.
Diese Voraussetzungen führen zu einem Signal λLS1 der Lambda-Sonde LS1, wie es beispielsweise in 4 dargestellt ist. Wie ersichtlich, hat das Sondensignal λLS1, das im Beispiel nur unter Berücksichtung der beiden Zylinder Z1 und Z2 dargestellt ist, über den größten Teil der Dauer eines λ-Pulses einen konstanten Verlauf. Dieser konstante Verlauf ergibt sich infolge der Sauerstoffspeicherung der Einzelkatalysatoren K1 bis K4. Das in 4 dargestellte Signal der Lambda-Sonde LS1 zeigt ferner Signalabweichungen Δλ, die von Magergemisch-Durchbrüchen und Fettgemisch-Durchbrüchen der Katalysatoren K1 und K2 herrühren. Die Sauerstoffspeicher von K1 und K2 sind gewissermaßen übergelaufen.
Für die zylinderbezogene Trimmregelung, die von dem elektronischen Betriebssteuergerät ECU oder auch einem gesonderten Regler durchgeführt wird, werden aus dem Signal der Lambda- Sonde LS1 zyklenaufgelöst zylinderbezogene Lambda-Signale λZ1 und λZ2 rekonstruiert, wie sie in den unteren Hälften der 2 und 3 dargestellt sind. Die rekonstruierten Signale λZ1 und λZ2 haben konstante Verläufe sowie Signalabweichungen Δλ, wie in den unteren Hälften der 2 und 3 zu sehen ist.
Für die Trimmregelung ist es zum einen erforderlich, aus konstanten Verläufen der rekonstruierten Signale λZ1 und λZ2 über alle Zylinder einen mittleren Referenzwert λref zu bestimmen, der das Maß für das Katalysatorfenster bildet. Zum anderen sind die buckelartig dargestellten Signalabweichungen Δλ der rekonstruierten Lambda-Signale λZ1, λZ2, die von entsprechenden Magergemisch- bzw. Fettgemisch-Durchbrüchen der Einzelkatalysatoren herrühren als fette bzw. magere Störungen zu interpretieren. Diese Signalabweichungen Δλ rufen dann eine entsprechende Reaktion der Trimmregelung hervor.
Bei der zylinderbezogenen Trimmregelung dienen somit der aus den konstanten Signalverläufen der rekonstruierten Lambda-Signale ermittelte Referenzwert λref als Führungsgröße und die Signalabweichungen Δλ als Regelabweichung.
Der verwendete Reglertyp hängt von der möglichen Geschwindigkeit der Rekonstruktion der zylinderbezogenen Lambda-Signale λZ1, λZ2 ab. Bei hoher Geschwindigkeit der Signalrekonstruktion wird ein Trimmregler mit P- und I-Anteil verwendet, während bei geringer Geschwindigkeit der Signalrekonstruktion ein Trimmregler mit I-Anteil verwendet wird.
Ein Vorteil der beschriebenen zylinderbezogenen Trimmregelung des Gemisches für die einzelnen Zylinder besteht darin, dass bei der Gewinnung des mittleren Lambda-Referenzwertes λref über alle Zylinder ein etwaiger Offset-Fehler der Lambda-Sonde LS1 das Messergebnis nicht beeinflusst. Eine Nachkat-Sonde wie die Lambda-Sonde LS2 zur Offset-Fehlerkompensation ist daher nicht zwingend erforderlich.
Als zusätzliche Maßnahme kann jedoch der zylinderbezogenen Trimmregelung einer herkömmliche und üblicherweise verwendete Mittelwert-Trimmregelung über alle Zylinder Z1 bis Z4 überlagert werden, bei der das Signal der nachgeschalteten Lambda-Sonde LS2 als Monitorsignal dient. Diese überlagerte Mittelwert-Trimmregelung dient der Stabilisierung der Abgasreinigung über der Lebensdauer.
Im übrigen werden Maßnahmen vorgesehen, um die zylinderbezogene Trimmregelung zu deaktivieren, wenn bei einer Überwachung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren K1-K4 festgestellt wird, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines der Einzelkatalysatoren kleiner als seine durch die Zwangsanregung geforderte Sauerstoffbeladung ist. In diesem Fall würde die zylinderbezogene Trimmregelung zu falschen Ergebnissen führen, da Magergemisch- und Fettgemisch-Durchbrüche der Einzelkatalysatoren aufgrund der Zwangsanregung nicht von Durchbrüchen aufgrund zylinderindividueller Unterschiede auseinandergehalten werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung berücksichtigt die für den Hauptkatalysator HK vorgesehene Lambda-Regelung, die beispielsweise wie in der eingangs erwähnten Literaturstelle „Handbuch Verbrennungsmotor" ausgebildet sein kann, die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren K1 bis K4. Wie in dieser Literaturstelle erwähnt, verwendet die Lambda-Regelung üblicherweise ein PII²D-Regler mit einem P-Anteil, einem I-Anteil, einem I²-Anteil und einem D-Anteil, sowie ei ne Begrenzung aufgrund nicht-stationärer Bedingungen. Bei der Bestimmung eines gefilterten Lambda-Sollwertes wird ferner die Gaslaufzeit und das Verzögerungsverhalten der Lambda-Sonde berücksichtigt. Ferner kann eine Mittelwert-Trimmregelung für eine Kennlinien-Verschiebung des Signals der Lambda-Sonde LS1 mittels des Signals der nachgeschalteten Lambda-Sonde LS2 vorgesehen sein.
Die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren K1 bis K4 kann beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass die Zeitdauer zwischen einer Umschaltung der Kraftstoffeinspritzung und einer hierdurch verursachten Abweichung Δλ des betreffenden zylinderbezogenen Lambda-Signals λ1 bzw. λ2 (2, 3) erfasst wird. Wenn ein Magergemisch- oder Fettgemisch-Durchbruch eines Einzelkatalysators stattfindet, lässt sich dies an der entsprechenden Umschaltung der Kraftstoffeinspritzung erkennen. Dieser Zeitpunkt ist somit bekannt. Außerdem lässt sich der Zeitpunkt der hierdurch verursachten Änderung des zylinderbezogenen Lambda-Signals erkennen. Somit lässt sich die zwischen diesen beiden Zeitpunkten verstrichene Zeit erfassen.
Hieraus lassen sich dann entsprechende Schlussfolgerungen für die Lambda-Regelung ziehen. Insbesondere lassen sich die Reglerparameter der Lambda-Regler an die erfasste Zeitdauer anpassen. Je größer beispielsweise die entsprechende Zeitdauer (Totzeit) ist, umso langsamer werden z.B. die entsprechenden Reglerparameter (I-Anteil) gemacht.
Ferner ist vorgesehen, dass die Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator HK zwischen Betriebszuständen mit konstanten Signalverläufen und Betriebszuständen mit Signalabweichungen der zylinderbezogenen Lambda-Signale λ1, λ2 unterscheidet und ihr Verhalten durch eine entsprechende Anpassung der Reglerparameter und/oder Reglerstruktur an diese beiden Betriebszustände anpasst.
Die Lambda-Regelung unterscheidet somit zwischen demjenigen Betriebszustand, in dem Sauerstoff in den Einzelkatalysatoren gespeichert wird und daher das Signal der Lambda-Sonde LS1 extrem träge ist (idealisiert als konstanter Verlauf angenommen), und einem Betriebszustand, bei dem ein Magergemisch- oder Fettgemisch-Durchbruch der Einzelkatalysatoren erfolgt und daher eine Signalabweichung des Lambda-Signals LS1 sofort erkannt werden kann. Die Lambda-Regelung führt in Abhängigkeit von diesen beiden Betriebszuständen eine Fallunterscheidung durch, indem sie beispielsweise die Reglerparameter umschaltet. Eine andere oder zusätzliche Maßnahme kann die Umschaltung der Reglerstruktur sein, indem beispielsweise aus einem PI-Regler nur ein P-Regler gemacht wird und der I-Anteil dann nachträglich zugeschaltet wird.
Durch diese Maßnahmen wird die Regelgüte der Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator HK durch Berücksichtigung der unterschiedlichen Betriebszustände der Lambda-Regelung in Form von Parameteradaptionen und/oder Strukturumschaltungen erhöht.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die vorgeschaltete Lambda-Sonde LS1 als stetige Sonde ausgebildet. Sie kann jedoch auch eine binäre Lambda-Sonde sein, ohne dass sich am Grundprinzip der vorliegenden Erfindung etwas ändert.

Claims

Verfahren zur Gemischregelung einer Otto-Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren (K1-K4) und einem den Einzelkatalysatoren nachgeschalteten gemeinsamen Hauptkatalysator (HK), die jeweils als 3-Wege-Katalysatoren ausgebildet sind und eine vorgegebene Sauerstoffspeicherfähigkeit haben, und einer allen Einzelkatalysatoren (K1-K4) gemeinsamen Lambda-Sonde (LS1), die zwischen den Einzelkatalysatoren (K1-K4) und dem Hauptkatalysator (HK) angeordnet ist, welches Verfahren eine zylinderbezogene Lambda-Regelung mit einer zylinderbezogenen Zwangsanregung umfasst, durch die einem mittleren Lambda-Sollwert jeweils eine periodische Schwankung in Form von Magergemisch- und Fettgemisch-Halbwellen (λ-Puls) aufmoduliert wird, und bei welchem Verfahren für eine gerade Zylinderzahl der gesamten Brennkraftmaschine (BKM) oder einer Zylinderbank die zylinderbezogene Zwangsanregung für eine Hälfte der Zylinder (Z1-Z4) jeweils gegensinnig zu derjenigen für die andere Hälfte der Zylinder durchgeführt wird, um einen Ausgleich der zylinderbezogenen Drehmomentbeiträge zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer und Amplitude der Magergemisch- und Fettgemisch-Halbwellen (λ-Puls) für beide Hälften der Zylinder jeweils gleich gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbeladung der Einzelkatalysatoren (K1-K4) an alterungsbedingte Änderungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren angepasst wird.
Verfahren zur Gemischregelung einer Otto-Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zylinderbezogenen Einzelkatalysatoren (K1-K4) und einem den Einzelkatalysatoren nachgeschalteten gemeinsamen Hauptkatalysator (HK), die jeweils als 3-Wege-Katalysatoren ausgebildet sind und eine vorgegebene Sauerstoffspeicherfähigkeit haben, und einer allen Einzelkatalysatoren (K1-K4) gemeinsamen Lambda-Sonde (LS1), die zwischen den Einzelkatalysatoren (K1-K4) und dem Hauptkatalysator (HK) angeordnet ist, welches Verfahren eine zylinderbezogene Lambda-Regelung mit einer zylinderbezogenen Zwangsanregung umfasst, durch die einem mittleren Lambda-Sollwert jeweils eine periodische Schwankung in Form von Magergemisch- und Fettgemisch-Halbwellen (λ-Puls) auf moduliert wird, und bei welchem Verfahren aus dem Signal (λLS1) der Lambda-Sonde (LS1) zyklenaufgelöst zylinderbezogene Lambda-Signale (λ1, λ2) rekonstruiert werden und mit Hilfe dieser rekonstruierten Lambda-Signale (λ1, λ2) eine zylinderbezogene Trimmregelung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderbezogene Trimmregelung in der Weise durchgeführt wird, dass vorab die zylinderindividuelle Zwangsanregung an die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren (K1-K4) so angepasst wird, dass die durch die Zwangsanregung hervorgerufene Sauerstoffbeladung der Einzelkatalysatoren (K1-K4) am Ende jeder Magergemisch-Halbwelle der Zwangsanregung eine Ziel-Sauerstoffbeladung in der Größenordnung ihrer Sauerstoffspeicherfähigkeit erreicht, aus konstanten Verläufen der rekonstruierten zylinderbezogenen Lambda-Signale (λ1, λ2) über alle Zylinder (Z1-Z4) ein im Katalysatorfenster liegender mittlerer Referenzwert (λref) gewonnen wird und Signalabweichungen (Δλ) der rekonstruierten zylinderbezogenen Lambda-Signale (λ1, λ2) von dem mittleren Lambda-Referenzwert (λref) als Regelabweichung der Trimmregelung dienen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Rekonstruktion der zyklenbezogenen Lambda-Signale (λ1, λ2) die zylinderbezogene Trimmregelung mit einem P- und I-Anteil oder mit nur einem I-Anteil durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderbezogenen Trimmregelung für die Einzelkatalysatoren (K1-K4) eine Mittelwert-Trimmregelung über alle Zylinder (Z1-Z4) zur Korrektur von alterungsbedingten Messfehlern der Lambda-Sonde (LS1) überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderbezogene Trimmregelung deaktiviert wird, wenn bei einer Überwachung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren (K1-K4) festgestellt wird, dass ihre Sauerstoffspeicherfähigkeit kleiner als ihre durch die Zwangsanregelung geforderte Sauerstoffbeladung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator (HK) vorgesehen ist und bei der Definition der Parameter dieser Lambda-Regelung und einer gegebenenfalls vorgesehenen Mittelwert-Trimmregelung die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren (K1-K4) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einzelkatalysatoren (K1-K4) durch Berücksichtigung der Zeitdauer erfolgt, die zwischen einer durch einen Fettgemisch- oder Magergemisch-Durchbruch eines Einzelkatalysators (K1-K4) verursachten Umschaltung der Kraftstoffeinspritzung und der hierdurch verursachten Signalabweichung (Δλ) des betreffenden zylinderbezogenen Lambda-Signals (λ1, λ2) verstreicht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambda-Regelung für den Hauptkatalysator (HK) zwischen Betriebszuständen mit konstanten Signalverläufen und Betriebszuständen mit Signalabweichungen der zylinderbezogenen Lambda-Signale (λ1, λ2) unterscheidet und ihr Verhalten durch eine entsprechende Anpassung der Reglerparameter und/oder Reglerstruktur an diese beiden Betriebszustände anpasst.