DE4128718A1 - Verfahren und vorrichtung zur kraftstoffmengenregelung fuer einen verbrennungsmotor mit katalysator - Google Patents

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffmengenregelung für einen Verbrennungsmotor mit Ka­ talysator.

Ein Verfahren zur Kraftstoffmengenregelung mit den folgenden Schritten ist allgemein bekannt:

• - Bestimmen des vom Motor angesaugten Luftmassenstroms;
• - Bestimmen einer Vorsteuergröße für die Kraftstoffmenge ab­ hängig von aktuellen Werten von Betriebsgrößen des Motors;
• - Vorgeben eines Soll-Lambdawertes für das dem Motor zuzu­ führende Luft/Kraftstoff-Gemisch;
• - überprüfen des Ist-Lambdawertes des Abgas es des Motors vor dem Katalysator;
• - und Regeln der Kraftstoffmenge abhängig vom Vergleich zwi­ schen Soll- und Ist-Lambdawert.

Es sei angemerkt, daß nur bei stetigen Reglern und Zwei­ punkt-Reglern mit linear messendem Istwert-Sensor ein Soll­ wert tatsächlich vorgegeben wird. Bei Zweipunktreglern mit stark nichtlinearem Sensor werden dagegen zum Vorgeben eines gewünschten Wertes, hier eines Lambdawertes, z. B. die Schaltschwellen) die Amplitude von P-Sprüngen oder Integra­ tionsgeschwindigkeiten und -zeiten verändert.

Gemäß DE 40 01 616 A1 wird das eingangs genannte allgemein bekannte Verfahren vorteilhafterweise so weitergebildet, daß nach Instationärstörungen nicht sogleich wieder auf den Soll-Lambdawert geregelt wird, sondern daß willkürlich eine Lambdawertstörung hervorgerufen wird, deren Wirkung gerade die Wirkung der Störung kompensiert, die durch den Instatio­ närvorgang hervorgerufen wurde. Wurde z. B. wegen des In­ stationärvorganges das Gemisch zu mager, gelangte also be­ sonders viel Sauerstoff in den Katalysator, wird nach Ab­ klingen des Instationärvorgangs das Gemisch so geregelt, daß es vorübergehend gegenüber dem eigentlich erwünschten Soll­ wert Eins angefettet ist. Dieses Anfetten erfolgt so lange und in solchem Ausmaß, dar durch den im Überschuß zugeführ­ ten Kraftstoff gerade derjenige im Katalysator gelagerte Sauerstoff wieder verbrannt werden soll, der sich in der zuvor genannten Magerphase dort ansammelte.

Weiterhin ist es bekannt, daß das eingangs genannte allge­ meine Verfahren mit Hilfe einer zweiten Lambdasonde, die hinter dem Katalysator angebracht ist, modifiziert werden kann. So beschreibt z. B. DE 38 881/88 A1 ein Verfahren) gemäß dem das Signal von der hinteren Lambdasonde dazu verwen­ det wird, das Signal von der vorderen Sonde so zu kompensie­ ren, dar der Mittelwert des Signals von der vorderen Sonde mit demjenigen des Signals von der hinteren Sonde überein­ stimmt. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, dar eine hinter einem Katalysator angeordnete Lambdasonde erheb­ lich weniger altert als eine vor dem Katalysator angeordnete Sonde, so daß das Signal von der hinteren Sonde langzeitmäßig zuverlässiger ist als das von der vorderen.

Mit einer hinter dem Katalysator angeordneten Sonde ist es auch möglich, die Sauerstoff-Speicherfähigkeit eines Kataly­ sators zu überwachen. Hierzu ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt. Allen liegt die Überlegung zugrunde, dar es ausge­ hend von einem sauerstoffleeren Katalysator nach Einstellen eines mageren Gemischs einige Zeit dauert, bis der Katalysa­ tor mit Sauerstoff gefüllt wird und demgemäß ein mageres Ge­ misch nicht nur am Eingang, sondern auch am Ausgang des Ka­ talysators gemessen wird, und dar ausgehend von einem mit Sauerstoff gefüllten Katalysator nach Einstellen eines fet­ ten Gemischs eine entsprechende Zeitverzögerung zwischen den Zeitpunkten des Meldens des fetten Gemischs von der vorderen und dann der hinteren Sonde auftritt. Die Zeitverzögerung oder damit einhergehende mittlere Signalamplituden sind ein Maß für das Speichervermögen des Katalysators. Abhängig von diesem Speichervermögen ist es von Vorteil, die Betriebs­ parameter der Lambdaregelung zu ändern.

Trotz dieser und weiterer Abänderungen des eingangs genann­ ten allgemeinen Verfahrens ist es nach wie vor selbst bei neuem Katalysator nicht möglich, den Schadgasausstoß aus dem Motor mit Katalysator in allen Betriebszuständen, insbeson­ dere bei Instationärvorgängen, optimal niedrig zu halten. Es bestand demgemäß das Problem, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Kraftstoffmengenregelung für eine Brennkraft­ maschine mit Katalysator anzugeben, die zu noch geringerem Schadgasausstoß führen, als es bisher möglich war.

Darstellung der Erfindungen

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kraftstoffmengenregelung für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator weist die Merk­ male des eingangs genannten Verfahrens auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sauerstoff-Ist-Füllungsgrad des Katalysators ermittelt wird;
• - und der ermittelte Füllungsgrad mit einem Soll-Füllungs­ grad verglichen wird, und
• - dann, wenn der Ist-Füllungsgrad über dem Soll-Füllungs­ grad liegt, der Soll-Lambdawert unter den Wert Eins ernied­ rigt wird,
• - dagegen dann, wenn der ist-Füllungsgrad unter dem Soll- Füllungsgrad liegt, der Soll-Lambdawert über den Wert Eins erhöht wird.

Der Sauerstoff-Soll-Füllungsgrad beträgt z. B. 50%, was bedeutet, daß der Katalysator 50% derjenigen Sauerstoff­ menge speichern soll, die er abhängig von seinem aktuellen Betriebsalter gerade maximal aufnehmen kann. Tritt nun ein Instationärvorgang mit magerem Gemisch auf, wird die gespei­ cherte Sauerstoffmenge weiter erhöht. Es liegt dann der Ist-Füllungsgrad über dem Soll-Füllungsgrad, woraufhin der Soll-Lambdawert unter den Wert Eins erniedrigt wird, was zur Folge hat, dar Sauerstoff im Katalysator durch unverbrannt aus dem Verbrennungsmotor austretenden Kraftstoff verbrannt wird. Dieses Anfetten erfolgt so lange, bis der Soll-Fül­ lungsgrad wieder erreicht ist. Für eine Instationärstörung mit fettem Gemisch gilt entsprechend das Umgekehrte.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dar alle Arten von Störungen optimal abgepuffert werden können.

Um den Ist-Füllungsgrad des Katalysators bestimmen zu kön­ nen, muß sowohl die aktuell eingelagerte Sauerstoffmenge wie auch die maximal einlagerbare Sauerstoffmenge bekannt sein. Die aktuell eingelagerte Sauerstoffmenge läßt sich relativ genau mit Hilfe eines zeitlichen Integrationsverfahrens aus dem angesaugten Luftmassenstrom, dem Gehalt von Sauerstoff in Luft und der Abweichung des Lambdawertes vom Wert Eins bestimmen. Die Ermittlung ist genau, weil sich die Luftmasse erfahrungsgemäß recht genau bestimmen läßt, der Gehalt von Sauerstoff in Luft unabhängig von der Meereshöhe und der Lufttemperatur im wesentlichen konstant ist und die Abwei­ chung des Lambdawertes vom Wert Eins entweder über eine Son­ de relativ genau gemessen oder aus Abweichungen der Ein­ spritzzeit von derjenigen Einspritzzeit bestimmt werden kann, die erforderlich ist, um zusammen mit der angesaugten Luftmenge gerade zum Lambdawert Eins zu führen.

Die maximal speicherbare Sauerstoffmenge wird bei einer ein­ fachen Ausführungsform als konstant angesehen. Dies hat je­ doch zur Folge, dar sich für eine bestimmte aktuell eingela­ gerte Sauerstoffmenge mit zunehmendem Alter des Katalysators ein zunehmender Füllungsgrad ergibt, da mit zunehmendem Al­ ter die maximal speicherbare Sauerstoffmenge tatsächlich ab­ nimmt. Bei diesem Verfahren ist es empfehlenswert, den Soll- Füllungsgrad für einen neuen Katalysator etwas niedriger zu legen als eigentlich erwünscht, so dar er bei altem Kataly­ sator etwas höher liegt als eigentlich erwünscht) was aber dennoch zur Folge hat, dar erheblich geringerer Schadgasaus­ stoß erhalten wird als bei herkömmlichen Verfahren. Besser ist es jedoch, die maximal speicherbare Sauerstoffmenge mit Hilfe eines Adaptionsverfahrens dauernd zu aktualisieren. Dies erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer hinter dem Kataly­ sator angeordneten Lambdasonde. Wenn diese Sonde einen in bezug auf Sauerstoffleeren oder vollen Katalysator meldet, dies jedoch nicht zum Füllungsgrad paßt, wie er mit Hilfe des aktuellen Integrationswertes für die Sauerstoffmenge und der bisher geltenden maximal speicherbaren Sauerstoffmenge ermittelt wurde, wird der Wert für die maximal speicherbare Sauerstoffmenge so geändert, dar wieder Übereinstimmung in bezug auf die beiden in der genannten Weise ermittelten Fül­ lungsgrade gilt. Beim Verändern der maximal speicherbaren Sauerstoffmenge wird es sich in der Regel um ein Verkleinern derselben handeln. Vorzugsweise erfolgt dieses Verkleinern nicht unmittelbar, sondern mittelbar dadurch, daß der Inte­ grationswert für die aktuell eingelagerte Sauerstoffspei­ chermenge mit einem Faktor multipliziert wird, der in für die Korrektur erforderlicher Weise gegenüber dem Wert Eins erhöht wurde. Dies hat den Vorteil, dar sich mit zunehmendem Katalysatoralter die auf das aktuelle Speichervermögen bezo­ gene Integrationsgeschwindigkeit für den Füllungsgrad er­ höht, dadurch der Sollwert schneller geändert wird, und sich damit der Lambdaregler Störungen schneller entgegenwirkt.

In Versuchen hat es sich gezeigt, daß es von Vorteil ist, die aktuell gespeicherte Sauerstoffmenge nicht nur durch das vorstehend genannte Produkt zu ermitteln, sondern das ge­ nannte Produkt noch mit einem Korrekturfaktor zu multipli­ zieren, der aus einem Kennfeld abhängig von aktuellen Werten von Betriebsgrößen des Motors bestimmt wird. Es handelt sich hier insbesondere um Betriebsgrößen, die den Gasdurchsatz durch den Motor und damit den Katalysator kennzeichnen. Wäh­ rend nämlich bei niedrigen Gasdurchsätzen im wesentlichen aller in den Katalysator einströmender Sauerstoff adsorbiert wird, solange die maximal speicherbare Menge noch nicht er­ reicht ist, gilt dies für zunehmend hohe Durchsätze immer weniger; es wird dann immer weniger des im Gas enthaltenen Sauerstoffs beim Durchsatz durch den Katalysator adsorbiert. Ein sehr geringer Einfluß besteht auch abhängig von der Ka­ talysatortemperatur. Diese wirkt sich auch auf die maximal speicherbare Sauerstoffmenge aus. Deren Änderung kann jedoch relativ durch entsprechende Kennfeldabhängigkeit des genann­ ten Faktors für die in den Katalysator eintretende Sauer­ stoffmenge korrigiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kraftstoffmengenrege­ lung für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator weist fol­ gende Funktionsgruppen auf:

• - eine Einrichtung zum Bestimmen des vom Motor angesaugten Luftmassenstroms;
• - eine Einrichtung zum Bestimmen einer Vorsteuergröße für die Kraftstoffmenge abhängig von aktuellen Werten von Be­ triebsgrößen des Motors;
• - eine Einrichtung zum Vorgeben eines Soll-Lambdawertes für das dem Motor zuzuführende Luft/Kraftstoff-Gemisch;
• - eine Lambdasonde vor dem Katalysator zum Überprüfen des Ist-Lambdawertes des Abgases des Motors;
• - einen Lambdaregler zum Regeln der Kraftstoffmenge abhängig vom Vergleich zwischen Soll- und Ist-Lambdawert;
• - eine Einrichtung zum Bestimmen des Sauerstoff-Ist-Fül­ lungsgrades des Katalysators;
• - und eine Einrichtung zum Verändern des Sollwertes für die Lambdaregelung abhängig von einem Vergleich zwischen dem Ist- und dem Soll-Füllungsgrad des Katalysators, wobei diese Sollwertveränderungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie
• - dann, wenn der Ist-Füllungsgrad über dem Soll-Füllungs­ grad liegt, den Soll-Lambdawert unter den Wert Eins ernied­ rigt,
• - dagegen dann, wenn der Ist-Füllungsgrad unter den Soll- Füllungsgrad fällt, den Soll-Lambdawert über den Wert Eins erhöht.

Mit dieser Vorrichtung lassen sich die vorstehend für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile erzielen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung so weitergebildet, dar sie noch über eine Lambdasonde hinter dem Katalysator verfügt.

Die logischen Funktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in der Praxis durch einen entsprechend programmierten Mikrocomputer realisiert.

Zeichnung

Fig. 1 Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Kraftstoffmen­ genregelung für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator mit Hilfe eines Vergleichs zwischen Soll- und Ist-Füllungsgrad des Katalysators;

Fig. 2 Flußdiagramm für eine Erstinitialisierungsroutine;

Fig. 3 Flußdiagramm für den Gesamtablauf eines Verfahrens zur Kraftstoffmengenregelung mit Hilfe eines Vergleichs zwi­ schen dem Soll- und dem Ist-Füllungsgrad eines Katalysators;

Fig. 4 Flußdiagramm einer Adaptions- und Synchronisierrou­ tine im Ablauf gemäß Fig. 3;

Fig. 5 Flußdiagramm einer Integrationsroutine im Ablauf gemäß Fig. 3; und

Fig. 6 Flußdiagramm einer Sondenkalibrierroutine im Ablauf gemäß Fig. 3.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Kraftstoffmengen­ regelung arbeitet an einem Verbrennungsmotor 10 mit Kataly­ sator 11. Dem Verbrennungsmotor 10 wird Luft über ein Saug­ rohr zugeführt, in dem ein Luftmassenmesser 12 angeordnet ist. Kraftstoff wird über ein Einspritzventil 13 in das Saugrohr eingespritzt. Der Lambdawert des Abgases vor dem Katalysator 11 wird mit Hilfe einer vorderen Lambdasonde 14.v gemessen, während derjenige des Abgases hinter dem Ka­ talysator mit einer hinteren Lambdasonde 14.h erfaßt wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der vom Motor 10 angesaugte Luftmassenstrom LMS auch auf andere bekannte Weise erfaßt werden kann als über einen Luftmassensensor, daß die Kraft­ stoffmenge in anderer Weise zugemessen werden kann als über ein Einspritzventil und daß statt Lambdasonden andere Sonden zum Erfassen des Sauerstoffgehalts im Abgas vor und hinter dem Katalysator verwendet werden können. Weiterhin wird darauf hingewiesen dar im Diagramm von Fig. 1 eine Größe "L" eingezeichnet ist. Es handelt sich hier um ein Lastsig­ nal, das z. B. als Quotient aus dem Luftmassenstrom LMS und der Drehzahl n des Motors erhalten wird. Es kann aber auch auf andere bekannte Weise bestimmt werden, z. B. als Unter­ druck im Saugrohr.

Der Hauptregelkreis der Vorrichtung zur Kraftstoffmengenre­ gelung ist in Fig. 1 mit fetten Signallinien eingezeichnet. Gemäß diesem Signalverlauf erhält das Einspritzventil 13 ein Stellsignal von einem ersten Multiplizierglied 15.1. Dieses Stellsignal führt zu einer bestimmten Kraftstoffzumessung), die, zusammen mit der angesaugten Luftmasse, einen bestimm­ ten Lambdawert des Abgases zur Folge hat. Dieser Lambdawert λ V wird von der vorderen Lambdasonde 14.v gemessen und in einer Vergleichsstelle 16 mit einem Sollwert λ SOLL vergli­ chen, der von einem ersten Additionsglied 17.1 geliefert wird. Die aus den Werten von λ SOLL und λ V gebildete Regel­ abweichung wird einem Lambdaregler 18 zugeführt), der einen Regelfaktor FR, also nicht unmittelbar die Stellgröße, an das erste Multiplizierglied 15.1 ausgibt. Dort wird der Re­ gelfaktor mit einem Wert TIV für eine vorläufige Einspritz­ zeit multipliziert), wie er aus einem Vorsteuerkennfeld 19 ausgelesen wird, das über aktuelle Werte der Drehzahl n und der Last L adressierbar ist.

Wie vorstehend angegeben, wird der Vergleichsstelle 16 der Soll-Lambdawert von einem Addierglied zugeführt, in dem ein variabler Wert zum festen Sollwert "1" addiert wird. Das Entscheidende für die Vorrichtung von Fig. 1 sind die Vor­ richtungsteile zum Bilden des variablen Sollwerts. Hierzu gehören insbesondere ein Speicherintegrator 20 sowie ein zweites und drittes Additionsglied 17.2 bzw. 17.3. Im zwei­ ten Additionsglied 17.2 wird die Differenz Δλ = λ V-1 ge­ bildet. Dieser Wert Δλ wird dem Speicherintegrator 20 zusam­ men mit dem Luftmassenstromsignal LMS und einem Durchsatz­ korrektursignal KDS zugeführt, wobei letzteres von einem Korrekturkennfeld 21 herrührt. Die Größe Δλ·LMS, noch mul­ tipliziert mit einem Faktor, der den Gehalt von Sauerstoff in Luft angibt, ergibt unmittelbar die Sauerstoffmenge, die - bei Δλ < 0 - in den Katalysator 11 strömt, bzw. aus diesem entnommen werden muß - bei Δλ < 0 -, um überschüssigen Kraftstoff zu verbrennen. Beim Ausführungsbeispiel ist der Faktor, der den Gehalt von Sauerstoff in Luft beschreibt, im Durchsatzkorrektursignal KDS berücksichtigt. Dieses Signal berücksichtigt weiterhin, dar nicht aller Sauerstoff, der in den Katalysator strömt, dort auch adsorbiert wird und dar nicht aller verbrennender Kraftstoff, der in den Katalysator strömt, durch desorbierten Sauerstoff verbrannt wird.

Das Ausgangssignal vom Integrator 20 wird dem genannten dritten Additionsglied 17.3 zugeführt, wo es mit einem Füllungsgrad-Sollwert SPG SOLL verglichen wird. Hierbei ist angenommen, daß der Speicherintegrator 20 so eingestellt ist, dar er bei sauerstoffleerem Katalysator den Integra­ tionswert Null und bei mit Sauerstoff gefülltem Katalysator den Integrationswert Eins ausgibt. Bei halb mit Sauerstoff gefülltem Katalysator ist damit der Ist-Füllungsgrad SPG IST gleich 0,5. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der gewünschte Füllungsgrad, weswegen der Soll-Füllungsgrad entsprechend gewählt ist. Stimmt der Ist- mit dem Soll-Füllungsgrad über­ ein, gibt das dritte Additionsglied 17.3 den Wert Null an eine Sollwertveränderungseinrichtung 22 aus.

Diese Sollwertveränderungseinrichtung ist so ausgebildet, dar sie in der Regel einen Wert größer Null an das erste Additionsglied 17.1 ausgibt, wenn der Ist- unter dem Soll­ Füllungsgrad liegt, andernfalls ein negatives Signal aus­ gibt. Dies bedeutet, daß bei weniger Sauerstoff im Katalysa­ tor, als es dem Soll-Füllungsgrad entspricht, das dem Motor zugeführte Gemisch abgemagert wird (Sollwert größer Eins), um wieder mehr Sauerstoff im Katalysator einzulagern. Umge­ kehrt wird das Gemisch angefettet, wenn der Katalysator aktuell mehr Sauerstoff speichert, als es dem Soll-Füllungs­ grad entspricht. In Ausnahmefällen übt die Sollwertverände­ rungseinrichtung 22 jedoch gar keine Sollwertveränderung aus, sondern sie gibt ein die Einspritzzeit unmittelbar beeinflussendes Signal an ein Multiplizierglied 15.3 aus. Damit der Lambdaregler 18 diesem unmittelbaren Einfluß nicht ent­ gegenwirkt, wird seine Funktion gesperrt. Es ist dann also der Lambdaregelungskreis wirkungslos und statt dessen wirkt eine Regelung für den Füllungsgrad des Katalysators. Aus­ gelöst wird diese Ausnahmefunktion dann, wenn der Füllungs­ grad um mehr als eine vorgegebene Differenz vom Soll-Fül­ lungsgrad abweicht. Beim Ausführungsbeispiel hat diese Ab­ weichungsgrenze den Wert ± 0,3. Die Normalfunktion der Soll­ wertveränderung für die Lambdaregelung wird bei einer kleine­ ren Abweichung vom Sollwert wiederhergestellt. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel hat diese Grenze den Wert ±0,2. Es wird dann auch die Lambdaregelung wieder freigegeben.

Bei stark ausgeprägten Instationärvorgängen kommt es vor, daß das Speichervermögen des Katalysators nach der einen oder anderen Seite erschöpft wird, daß also an seinem Aus­ gang fettes oder mageres Abgas austritt, was von der hinte­ ren Lambdasonde 14.h erfaßt wird. Meldet diese hintere Sonde mageres Gemisch, ist das Speichervermögen des Katalysators 11 erschöpft. Das Signal vom Speicherintegrator 20 müßte dann den Wert Eins haben. Ist dies nicht der Fall, wird der wert mit Hilfe einer Synchronisiereinrichtung 23 zwangsweise auf den Wert Eins gesetzt. Eine entsprechende Synchronisie­ rung wird vorgenommen, wenn die hintere Lambdasonde 14.h fettes Gemisch meldet. Dann speichert der Katalysator 11 keinen Sauerstoff mehr, weswegen das Ausgangssignal vom Speicherintegrator 20 Null sein müßte. Dementsprechend wird dieser Wert durch die Synchronisiereinrichtung 23 im genann­ ten Fall tatsächlich im Speicherintegrator 20 eingestellt.

Es sei nun in Gedanken angenommen, dar die Integration rich­ tig erfolgt, daß sich aber die maximal speicherbare Sauer­ stoffmenge wegen einer Katalysatorvergiftung schlagartig um 10% erniedrigt habe. Tritt nun ein Betriebsfall auf, bei dem das Speichervermögen des Katalysators überschritten wird, steht der Integrationswert vom Speicherintegrator 20 erst auf 0,9. Er wird nun zwangsweise auf Eins gesetzt. Wird dann in einem anderen ungünstigen Instationärbetriebsfall der Katalysator ganz von Sauerstoff geleert, meldet dies die hintere Sonde, jedoch steht der Integrationswert erst auf 0,1 statt auf Null. Er wird nun durch die Synchronisierein­ richtung 23 wieder auf Null gesetzt, woraufhin sich das ge­ nannte Spiel wiederholen kann. Der Speicherintegrator 20 integriert nun also nur noch über einen Hub von 0,9 statt Eins. Hierin kommt das verminderte Speichervermögen zum Aus­ druck. Dieser Effekt wird zur Adaption des Speichervermögens verwendet, die von einer Adaptionsvorrichtung 24 vorgenom­ men wird. Dieser werden die Signale von der Synchronisier­ einrichtung 23 und das Ausgangssignal vom Speicherintegrator 20 zugeführt. Sie nutzt die bei Synchronisiervorgängen vor­ liegenden Rechenwerte für den Füllungsgrad und bildet mit diesen einen Adaptionsfaktor AF, wie dies weiter unten an­ hand von Fig. 4 näher beschrieben wird. Dieser Adaptions­ faktor wird an den Speicherintegrator 20 ausgegeben und von diesem zur Bildung des Speichervermögens verwendet, wie unten anhand von Fig. 5 beschrieben.

Laufend falsche Integrationsergebnisse würden erzielt wer­ den, wenn das Signal von der vorderen Lambdasonde 14.v mit zunehmender Alterung dieser Sonde zunehmend verfälscht wür­ de. Um diesem Fehler zu begegnen, weist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 eine Sondenkalibriereinrichtung 25 auf, die ihr Ausgangssignal an ein viertes Additionsglied 17.4 gibt. Sie erhält das Ausgangssignal von dieser vierten Additionsstelle wie auch das Ausgangssignal λ H von der hinteren Lambdasonde 14.h, und sie gibt ihr Korrektursignal mit solcher Größe an die vierte Additionsstelle 17.4 aus, daß die Mittelwerte der beiden Eingangssignale gerade übereinstimmen.

Die Fig. 2 bis 6 veranschaulichen ein Verfahren, wie es von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ausgeübt werden kann.

Der Ablauf von Fig. 2 dient der Erstinitialisierung. Er wird nur dann ausgeführt, wenn ein neuer Katalysator in das Fahr­ zeug mit dem geregelten Motor eingebaut wird oder wenn der Inhalt eines Wertespeichers aufgrund eines Fehlers verloren­ ging. Bei diesem Erstinitialisieren wird ein Wert SPG ALT für den Füllungsgrad auf Null gesetzt, was bedeutet, daß man annimmt, daß der Katalysator zunächst noch keinen Sauerstoff speichert. Dies, weil gutes Speichervermögen erst bei hohen Temperaturen auftritt. Gleichzeitig werden ein Wert AF ALT für den Adaptionsfaktor und ein Wert SKF für den Sondenkor­ rekturfaktor jeweils auf Eins gesetzt.

Nach dieser Erstinitialisierung läuft nach jedem Start des Verbrennungsmotors ab ausreichender Erwärmung des Katalysa­ tors (z. B. 300°C, welche Temperatur etwa zwei Minuten nach dem Start des Motors erreicht ist) ein anhand von Fig. 3 schematisch dargestellter Ablauf ab. In einem Schritt s3.1 wird das Signal λ H von der hinteren Sonde 14.h erfaßt. Auf diesen Schritt s3.1 folgt eine Sondenkalibrierroutine, die weiter unten anhand von Fig. 6 näher erläutert wird. Diese Routine könnte auch unmittelbar vor einer im weiteren Ablauf erreichten Integrationsroutine stehen.

Tatsächlich läuft die Sondenkalibrierroutine nicht in einem Durchgang mit den anderen Funktionen gemäß dem Ablauf von Fig. 3 ab, sondern sie wird gesondert in einem sehr groben Zeitraster ausgeführt. Dagegen läuft insbesondere die weiter unten im schematischen Ablauf von Fig. 3 dargestellte Lamb­ daregelungsroutine in einem relativ feinen Zeitraster ab. Sie wird z. B. alle 10 msec abgearbeitet, wohingegen die Sondenkalibrierroutine z. B. nur einmal innerhalb einer Se­ kunde oder einigen Sekunden ausgeführt wird. Weicht das Sig­ nal λ H deutlich vom Wert Eins ab, was in einem Schritt s3.2 untersucht wird, zeigt dies an, daß die Synchronisier- und Adaptionsvorgänge ablaufen können, wie sie unten anhand der Routine von Fig. 4 näher beschrieben werden. Unabhängig da­ von, ob die genannte starke Abweichung festgestellt wurde oder nicht, schließt sich eine Integrationsroutine an, die anhand von Fig. 5 näher beschrieben wird. Sie dient zum Aktualisieren des Integrationswertes im Speicherintegrator 20. Mit Hilfe des in der Integrationsroutine festgestellten Ist-Füllungsgrades des Katalysators wird die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Füllungsgrad berechnet. Liegt der Betrag dieser Abweichung oberhalb einer Schwelle von 0,3 beim Ausführungsbeispiel (Schritt s3.3), verzweigt das Pro­ gramm zu einem Schritt s3.4, wo zunächst der Lambdaregler abgeschaltet wird, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zum schnellen Beseitigen der großen Abweichung durch einen direkten Eingriff (Schritt s3.5) in die Einspritzdauer ti stark anzufetten oder abzumagern, je nach dem Vorzeichen der Abweichung. Um ein Hystereseverhalten dieser Funktion zu erhalten, wird in einem Schritt s3.6 die Schwelle für das Abschalten des direkten Eingriffs auf 0,2 gesetzt. Ist der Betrag der Abweichung von Soll- und Ist-Füllungsgrad kleiner als diese Schwelle, wird in einem Schritt s3.7 der Lambda­ regler wieder eingeschaltet, falls er ausgeschaltet war, und für eventuelles erneutes Ausschalten wird wieder die Schwel­ le von 0,3 verwendet. Anschließend wird in einem Schritt s3.8 der Sollwert für die Lambdaregelung so verändert, daß der Ist-Füllungsgrad auf den Soll-Füllungsgrad läuft. Mit Hilfe dieses Sollwertes erfolgt dann Lambdaregelung in be­ kannter Weise. Abschließend wird in einem Schritt s3.e un­ tersucht, ob das Verfahren beendet werden soll, z. B. weil der Motor abgestellt wurde. Ist dies nicht der Fall, laufen die gesamten genannten Schritte erneut ab.

In der in Fig. 4 dargestellten Adaptions- und Synchronisier­ routine wird in einem Schritt s4.1 untersucht, ob die hinte­ re Lambdasonde ein fettes Gemisch anzeigte. Ist dies der Fall, wird zur Adaption in einem Schritt s4.2 ein neuer Adaptionsfaktor AF als AF ALT/(1-SPG) gebildet (SPG liegt in diesem Fall um Null). Nach dieser Berechnung erfolgt in einem anschließenden Schritt s4.3 die Synchronisierung, es wird nämlich der aktuelle Füllungsgrad SPG, also der Inte­ grationswert des Speicherintegrators 20 auf Null gesetzt. Entsprechende Schritte s4.4 und s4.5 gelten im Fall des Überlaufs des Katalysators 11 an Sauerstoff; in Bezug auf ihren Inhalt wird auf Fig. 4 verwiesen. Der Wert von SPG liegt in diesem Zweig nahe Eins. Auf die Schritte s4.3 und s4.5 folgt ein Schritt s4.6, in dem die in einem der Schrit­ te s4.2 oder s4.4 berechneten Adaptionsfaktoren AF gleitend gemittelt werden. Damit ist die Adaptions- und Synchroni­ sierroutine abgeschlossen.

In der Integrationsroutine gemäß Fig. 5 wird in einem Schritt s5.1 der aktuelle Luftmassenstrom LMS gemessen, und es wird der oben beschriebene Wert Δλ berechnet. Weiterhin wird aus dem Korrekturfeld 21 der Durchsatzkorrekturfaktor FKD abhängig von aktuellen Werten der Drehzahl n und der Last L ausgelesen. Mit Hilfe dieser Werte wie auch des An­ teils k₁ von Sauerstoff in Luft, des Adaptionsfaktors AF und einer Meßzeitspanne Δt wird die Sauerstoffänderung ΔO₂ in einem Schritt s5.2 berechnet. Diese Änderung ist positiv bei positivem Δλ und negativ bei negativem Δλ. Die Änderung der Sauerstoffmenge entspricht einer Änderung ΔSPG des Fül­ lungsgrades. Diese Änderung wird in einem Schritt s5.3 da­ durch berechnet, daß der Wert ΔO₂ durch eine Konstante k₂ geteilt wird. Bei dieser Kontanten handelt es sich um eine Größe, die dem maximalen Sauerstoffspeichervermögen des neu­ wertigen Katalysators entspricht. Diese Größe kann auch bei alterndem Katalysator weiterverwendet werden, da die Kataly­ satoralterung in Schritt s5.2 über den Adaptionsfaktor AF berücksichtigt wird. Mit Hilfe der Änderung ΔSPG des Fül­ lungsgrades wird in Schritt s5.4 der Ist-Füllungsgrad be­ rechnet, wie er in Schritt s3.3 verwendet wird.

In der Sondenkalibrierroutine von Fig. 6 wird in einem Schritt s6.1 eine übliche gleitende Mittelwertbildung des auf Lamdawerte linearisierten Signals λH der hinteren Lamb­ dasonde 14.h unter Verwendung eines Faktors c₂ vorgenommen. Anschließend (Schritt s6.2) wird das Signal von der vorderen Lambdasonde λ V erfaßt, auf Lambdawerte linearisiert, mit einem Sondenkorrekturfaktor SKF multipliziert und dann eben­ falls gleitend gemittelt (Schritt s6.3). Der Sondenkorrek­ turfaktor SKF wird als Quotient zwischen dem Mittelwert des Signals von der hinteren Sonde und dem Mittelwert des Sig­ nals von der vorderen Sonde berechnet (Schritt s6.4). Damit ist das Verfahren beendet. Das korrigierte Sondensignal von der vorderen Sonde steht dann für die Integration in der Integrationsroutine und auch für die Lambdaregelung zur Ver­ fügung.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. So kann z. B. die Adaption ganz entfallen, oder der Adaptionsfaktor kann statt zum Erhöhen der Integrationsgeschwindigkeit zum Erniedrigen des Wertes für die maximal speicherbare Sauerstoffmenge verwendet wer­ den, wobei dann die Integrationsgeschwindigkeit konstant ge­ halten wird. Wesentlich ist allein, daß in irgendeiner Weise der Sauerstoff-Füllungsgrad des Katalysators bestimmt oder gemessen wird und die Lambdaregelung so erfolgt, daß ein vorgegebener Füllungsgrad möglichst genau eingehalten wird. Beim Ausführungsbeispiel beträgt der angestrebte Füllungs­ grad 50%. Wie er konkret zu wählen ist, hängt jedoch stark vom dynamischen Verhalten eines jeweiligen Verbrennungsmo­ tors ab. Neigt der Verbrennungsmotor dazu, bei Instationär­ vorgängen vor allem in Magerphasen schadstoffkritisch zu ar­ beiten, wird man den angestrebten Füllungsgrad auf unter 50% legen, während man bei einem Verbrennungsmotor, der um­ gekehrtes Verhalten zeigt, auch den angestrebten Füllungs­ grad in umgekehrter Richtung verschieben wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Kraftstoffmengenregelung für einen Ver­ brennungsmotor mit Katalysator, mit folgenden Schritten:

• - Bestimmen des vom Motor angesaugten Luftmassenstroms;
• - Bestimmen einer Vorsteuergröße für die Kraftstoffmenge ab­ hängig von aktuellen Werten von Betriebsgrößen des Motors;
• - Vorgeben eines Soll-Lambdawertes für das dem Motor zuzu­ führenden Luft/Kraftstoff-Gemisch;
• - Überprüfen des Ist-Lambdawertes des Abgases des Motors vor dem Katalysator;
• - und Regeln der Kraftstoffmenge abhängig vom Vergleich zwi­ schen Soll- und Ist-Lambdawert;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sauerstoff-Ist-Füllungsgrad des Katalysators ermittelt wird;
• - und der ermittelte Ist-Füllungsgrad mit einem Soll-Fül­ lungsgrad verglichen wird, und
• - dann, wenn der Ist-Füllungsgrad über dem Soll-Füllungs­ grad liegt, der Soll-Lambdawert unter den Wert Eins ernied­ rigt wird;
• - dagegen dann, wenn der Ist-Füllungsgrad unter dem Soll- Füllungsgrad liegt, der Soll-Lambdawert über den Wert Eins erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Füllungsgrad aus der maximal speicherbaren Sauer­ stoffmenge und der aktuell gespeicherten Sauerstoffmenge ermittelt wird, wobei die aktuell gespeicherte Sauerstoff­ menge als zeitliches Integral des Produktes von dem Motor zugeführten Luftmassenstrom, dem Gehalt von Sauerstoff in Luft und dem Ist-Lambdawert bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Produkt noch mindestens ein Korrekturfaktor eingeht, der aus einem Kennfeld abhängig von aktuellen Werten von Be­ triebsgrößen des Motors bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Integrationswert auf Null gesetzt wird, wenn eine hinter dem Katalysator angeordnete Lambdasonde fettes Gemisch anzeigt, und auf den Wert für die maximal speicherbare Sauerstoffmenge gesetzt wird, wenn die­ se Sonde mageres Gemisch anzeigt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Differenz zwischen dem Integrationswert, wie er unmittelbar vor dem Setzen auf Null vorliegt, und dem In­ tegrationswert, wie er unmittelbar vor dem Setzen auf den maximalen Wert vorliegt, kleiner ist als der Integrations­ wert für die maximal speicherbare Sauerstoffmenge, der Wert für die maximal speicherbare Sauerstoffmenge entsprechend verkleinert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verkleinern ein relatives Verkleinern ist, das dadurch erfolgt, daß die Integrationsgeschwindigkeit mit dem Quotienten aus maximal speicherbarer Sauerstoffmenge und dem Integrationsdifferenzwert erhöht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dar das Signal von der Lambdasonde vor dem Ka­ talysator mit Hilfe des Signals von einer Lambdasonde hinter dem Katalysator so korrigiert wird, daß der Mittelwert des Signals der Sonde vor dem Katalysator mit demjenigen des Signals hinter dem Katalysator übereinstimmt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dann, wenn der Betrag der Abweichung zwi­ schen Ist- und Soll-Füllungsgrad eine vorgegebene erste Schwelle überschreitet, eine Lambdaregelung gesperrt wird und ein Anfetten oder Abmagern, je nach dem Vorzeichen der Abweichung, durchgeführt wird bis die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Füllungsgrad eine zweite vorgegebene Schwelle unterschreitet, die höchstens so groß ist wie die erste Schwelle, und dann Lambdaregelung wieder zugelassen wird.

9. Vorrichtung zur Kraftstoffmengenregelung für einen Ver­ brennungsmotor mit Katalysator, mit:

• - einer Einrichtung (12) zum Bestimmen des vom Motor ange­ saugten Luftmassenstroms;
• - einer Einrichtung (19) zum Bestimmen einer Vorsteuergröße für die Kraftstoffmenge abhängig von aktuellen Werten von Betriebsgrößen des Motors;
• - einer Einrichtung (17.1, 20-25) zum Vorgeben eines Soll- Lambdawertes für das dem Motor zuzuführende Luft/Kraftstoff- Gemisch;
• - einer Lambdasonde (14.v) vor dem Katalysator zum Überprü­ fen des Ist-Lambdawertes des Abgases des Motors;
• - und einem Lambdaregler (18) zum Regeln der Kraftstoffmenge abhängig vom Vergleich zwischen Soll- und Ist-Lambdawert; gekennzeichnet durch
• - eine Einrichtung (20, 21) zum Bestimmen des Sauerstoff- Ist-Füllungsgrades des Katalysators;
• - und eine Einrichtung (17.3, 22) zum Verändern des Sollwer­ tes für die Lambdaregelung abhängig von einem Vergleich zwi­ schen dem Ist- und dem Soll-Füllungsgrad des Katalysators, wobei diese Sollwertveränderungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie
• - dann, wenn der Ist-Füllungsgrad über dem Soll-Füllungs­ grad liegt, den Soll-Lambdawert unter den Wert Eins ernied­ rigt,
• - dagegen dann, wenn der Ist-Füllungsgrad unter den Soll- Füllungsgrad fällt, den Soll-Lambdawert über den Wert Eins erhöht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Lambdasonde (14.h) hinter dem Katalysator (11).