EP0442873A1 - Verfahren und vorrichtung zur lambdaregelung. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur lambdaregelung.

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EP0442873A1
EP0442873A1 EP19890903086 EP89903086A EP0442873A1 EP 0442873 A1 EP0442873 A1 EP 0442873A1 EP 19890903086 EP19890903086 EP 19890903086 EP 89903086 A EP89903086 A EP 89903086A EP 0442873 A1 EP0442873 A1 EP 0442873A1
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EP
European Patent Office
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lambda
value
setpoint
control
probe
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EP19890903086
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Eberhard Schnaibel
Lothar Raff
Guenther Plapp
Cornelius Peter
Michael Westerdorf
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating the air / fuel mixture to be supplied to an internal combustion engine with the aid of the actual lambda value measured by a lambda probe arranged in front of a catalytic converter.
  • the invention also relates to a device for performing such a method.
  • the lambda value measured by a lambda probe depends not only on the oxygen content of the measured mixture, but also on the content of unburned hydrocarbons. Residual combustion and compensation of fluctuations take place in the catalytic converter, as a result of which the rear lambda probe can determine the actual lambda value of the air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine very precisely.
  • the invention has for its object to provide a method for lambda control that works stably and allows a desired lambda setpoint to be set as accurately as possible.
  • the invention is also based on the object of specifying a device for performing such a method
  • the invention is for the method by the features of claim 1 and for the device by the features of A given 6.
  • Advantageous further developments and refinements of the method are the subject of subclaims 2-4.
  • the method according to the invention is characterized in that a control lambda setpoint, to which the means for lambda control regulates, is formed with the aid of the rear lambda actual value and a default lambd setpoint to which control is ultimately to be used.
  • the setpoint / actual value comparison thus takes place against the reliable rear lambda actual value, which enables the Lair.bda value to be set exactly to the actually desired target lambda setpoint. Because the difference between the rear lambda actual value and the preset lambda actual value is not used as a control deviation for a means for lambda control, but rather that the usual control deviation between the real ⁇ lambda target value and the front lambda actual value is influenced by an integration value formed with the aid of the difference value. the result is a quick yet stable rule.
  • a device for carrying out such a method has a means for lambda control, a means for forming the difference between a specified target value and the actual lambda rear value, a means for integrating the difference and a means for forming the control
  • the device is preferably designed as a correspondingly programmed microcomputer.
  • 1 shows a functional block diagram of a device for lambda control to a single default lambda setpoint with the aid of two lambda probes;
  • FIG. 2 shows a partial functional block diagram relating to a relationship between function groups, which is formed differently from the corresponding relationship according to FIG. 1 in order to be able to set different lambda target values that differ from operating point to operating point;
  • FIG. 3 shows a partial functional block diagram corresponding to that of FIG. 2, but with an additional front probe lambda value map.
  • the device for lambda control explained below with reference to FIG. 1 is arranged on an internal combustion engine 11 with catalytic converter 12, a front lambda probe 13.v in front of the catalytic converter and a rear lambda probe 13.h behind the catalytic converter. As functional groups, it has a front subtraction means 14.v, a rear subtraction means 14. An integration means 15 and a means for lambda control.
  • the control value of the means for lambda control 16 is passed to a multiplication means 17, where it is multiplicatively linked with a preliminary injection time tiv to form an injection time signal ti.
  • the injection time signal is fed to an injection arrangement 18.
  • Lambda control The front Lambda actual value ⁇ ... Is determined from the control valve setpoint in the front subtraction means 14.v. deducted, as measured by the front lambda probe 13.v w
  • the control deviation thus formed is converted by the means 16 for lambda control into the control value already mentioned, a control factor FR. This procedure leads to the following control behavior.
  • the setpoint lambda setpoint is 1 and at a point in time at which the observation begins, an air / fuel mixture b is currently being provided by the injection arrangement 18, which leads to the desired setpoint lambda setpoint 1.
  • the internal combustion engine 11 operates in an operating point in which a relatively high percentage of hydrocarbons are obtained. These hydrocarbons in the exhaust lead to the front lambda sensor 13.v displaying a richer mixture than is actually present.
  • the measured Lambda actual value front is z. B. 0.99.
  • the actual lambda value at the rear, ie the actual lambda value, is in contrast.
  • the integration means 15 is at the value 1.
  • the difference between the specified lambda target value and the actual lambda value rear is zero, which is why the integration means 15 does not change the set integration value.
  • the Rege Lambda setpoint supplied to the front subtraction means 14.v is therefore 1.
  • the lower front Lambda actual value is subtracted from this.
  • the means 16 for lambda control ensures that the mixture becomes leaner.
  • the actual lambda actual value then rises in the direction and the actual lambda actual value rises above 1.
  • the difference value formed by the rear subtraction means 14.h thereby becomes negative, as a result of which the integration value, that is to say the re Lambda setpoint, is lowered by the integration means 15. a decrease to 0.99 took place, the following conditions exist.
  • the injection arrangement 18 also ensures an air / fuel mixture with the lambda value 1.
  • Front lambda probe 13.v measures the actual lambda value in front 0.99. This corresponds exactly to the control lambda setpoint, which is why the lambda control 16 leaves the control value unchanged, so that the injection arrangement continues to ensure a mixture with the specified lambda value 1.
  • the rear lambda probe 13.h measures the lambda value 1. Since this corresponds to the specified lambda target value, the integration value of the integration means 15 remains unchanged at 0.99.
  • the aforementioned coupling of signals ensures that the means for lambda control 16 exactly reaches the desired target lambda setpoint, although the actual lambda value used for control measures the actual lambda value incorrectly.
  • regulation to the correct value takes place at a relatively slow speed. This is because, because of the dead time already mentioned, the speed at which the integration means 15 integrates must not be very high. You will z. B ' . chosen so that the oscillation of the rear lambda actual value around an average is approximately 1/5 to 1/10 of the control oscillation in the control circuit with the means 16 for lambda control.
  • a means 21 for integration release is shown, which acts on the integration means 15. It is used to block the integration process when special conditions exist in which there is no regulation to a desired lambda value, e.g. B. in overrun cut-off mode or in full load operation.
  • the same lambda value is not continuously regulated, but different lambda values are desired for different operating states.
  • the oil is enriched with increasing load in order to counteract an increase in nitrogen oxides in the exhaust gas. Accordingly, one does not become a single one when practicing the invention
  • the arrangement according to FIG. 2 has a default lambda setpoint map 19 which can be addressed via values of the speed n and a laser-dependent variable L.
  • the respectively read default lambda setpoint ⁇ c 0 ⁇ t w is in turn given to the rear subtraction means 14.h.
  • the rest of the arrangement corresponds essentially to that of FIG. 1. Only the means for enabling integration 21 are missing. The reason for this is explained further below.
  • addition means 20 The purpose of the addition means 20 will be explained using an example. It is initially assumed that this addition means is missing, that is, the structure according to FIG. 1 is present, but with a default lambda setpoint map, which gives the default lambda target values to the rear subtraction means 14.h. First, the output value is 1. The state explained with reference to FIG. 1 is then present, in which the actual lambda actual value is 0.99. Now the operating point changes, which results in a new default lambda setpoint of 0.98. The actual lambda actual value measured at this lambda value is 0.97. The integration means 15 must then integrate in the embodiment according to FIG. 1 from 0.99 to 0.97, which takes up a lot of time. In the embodiment according to FIG.
  • the integration means 15 integrates to - 0.001 if the specified lambda setpoint 1 and the lambda actual value front is 0.99.
  • the default lambda setpoint jumps from 1 to 0.98 with an associated actual lambda value of 0.97, the new value of 0.98 is given directly to the addition means 20.
  • the integration value remains at 0.01.
  • a change in the default lambda setpoint thus directly affects the means for lambda control 16 without the integration means 15 needing to operate. It only has to act if there is a different difference between the actual lambda value rear and the actual lambda value front for the new operating point than for the operating point that previously existed.
  • the integration value corresponds to the difference between the actual lambda value rear and the actual lambda value for the relevant operating point. If there is a change from one operating point to the other, the new default lambda setpoint from the default lambda setpoint map 19 and the associated integration value from the associated map point of the additive 15 arrive at the addition means 20. There are no map points for different values of the addressing variables . No integration value is output for these points, which corresponds to the blocking of integration by the means for integration release 21 in the embodiment according to FIG. 1. An embodiment will now be explained with reference to FIG. 3 " , which allows a very quick setting to a new lambda value after an operating point change even without structural adaptation. However, adaptation is also possible, which is then easily subdivided into a global and a structural part can be.
  • the embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that not the default lambda target value from the default lambda target value map 19 is given to the addition means 20 as the lambda target value, but rather a pre-probe lambda target value from a pre-probe lambda - Setpoint map 22.
  • the content of this pre-probe lambda setpoint map 22 is identical to the content of a conventional lambda setpoint map.
  • the lambda value 0.98 is desired, but it is known that the front lambda probe measures 0.96 at this lambda value, the value 0.96 is used for the operating point in question in the conventional map and thus also in the pre-probe lambda target map filed. With this setpoint, the lambda value actually sets 0.98.
  • the pre-probe Lambda setpoints and the default Lambdasol1 values are recorded for all operating points with the help of a measurement setup.
  • the values are stored in the characteristic diagrams. If a motor used in practice coincides exactly with the motor with the aid of which the measurement was carried out and if this also applies to the lambda probes used, the integration means 15 never need to be integrated, since for each operating point the read-out means Predensor lambda setpoint gives exactly the associated default lambda setpoint. Soak the characteristics of the engine or probes, however, on the properties of the parts, i.e. those used when recording the characteristic maps, be it due to production-related scattering or be it due to aging, the integration means 15 compensates for the deviation.
  • the compensating integration value is the same for all operating points.
  • the integration means 1 can accordingly be set to a very slow integration speed. Rapidly changing differences from operating point to operating point in the difference between the actual lambda value front and the actual lambda value rear are compensated for by the different lambda setpoints from the two characteristic maps. Long-term changes or differences in scatter are eliminated by the initial value of the integration means 15. If it is to be taken into account that aging changes or differences in scatter can be dependent on the operating point, this can be done by adaptively changing the values in the pre-probe lambda setpoint map 22. This is indicated in FIG. 3 by the fact that the output signal from integrator 15 acts on the characteristic map mentioned. Structural adaptation takes place by changing the map values. A part of the integration value from the integration means 15 can be used for global adaptation. With regard to applicable adaptation methods, reference is again made to the above-mentioned patent application.
  • the lambda value-voltage characteristic of a lambda probe is non-linear in all its areas. However, it can be linearized in various areas with very good accuracy, e.g. B. in a range of about +/- 3% around the lambda value 1.
  • the linearized characteristic curve ei relatively simple control procedure can be carried out. However, due to the small differences between the actual characteristic curve and the linearized characteristic curve, there are slight deviations between the actual lambda value and the measured value. It is then slightly incorrectly regulated.
  • the integration means 15 can also correct this error, as described above with reference to the hydrocarbon error.
  • the linearization error just described has a particularly negative effect if the lambda probe is temporarily operated at a temperature that is relatively far from the temperature for which the actual characteristic curve was determined, from which the linearization was then carried out .
  • the characteristic curve changes depending on the temperature.
  • the rate of change of the probe temperature is lower than the rate of integration of the integration means 15. If the actual lambda value at the front lambda probe 13.v is incorrectly measured due to the shift in the characteristic curve, this error is also eliminated with the aid of the rear lambda probe 13 and balanced the integration means 15. This is possible because the temperature behind the catalytic converter 12 fluctuates significantly less than in front of it.
  • the integration means 15 changes the control lambda setpoint for the means 16 for lambda control, the faster the rear of the lambda actual value deviates from the lambda setpoint. This ensures that the desired lambda setpoint is reached as quickly as possible.
  • the integration speed must not become too high, since, due to the dead time mentioned at the beginning, a control oscillation could otherwise be built up. It is therefore advisable to limit the speed of integration upwards Zen.
  • a method is simpler in which the integration rate remains constant, regardless of the value of the difference mentioned. This integration speed is chosen to be as high as possible, but only so high that even in the worst case there are no control oscillations with an impermissibly high amplitude.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Lambdaregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Regeln des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraft stoffgemisches mit Hilfe des von einer vor einem Katalysator angeordneten Lambdasonde gemessenen Lambdaistwertes. Die Er¬ findung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Stand der Technik
Von Brennkraftmaschinen mit Katalysator ist es bekannt, je eine Lambdasonde vor und hinter dem Katalysator anzuordnen. Die vordere mißt einen Lambdaistwert-Vorne und die hintere einen Lambdaistwert-Hinten. Der Lambdaistwert-Vorne wird vom R La bdasollwert abgezogen, auf den geregelt werden soll. Die derartig gebildete Regelabweichung wird von einem Mittel zur Lambdaregelung in einen Stellwert umgerechnet, der so bemes¬ sen ist, daß durch ihn die Regelabweichung beseitigt werden soll. Der Lambdaistwert-Hinten dient dazu, die Katalysator¬ aktivität zu überwachen. Es ist bekannt, daß der Lambdaistwert-Hinten weniger schwank als der Lambdaistwert-Vorne und daß er Genaueres über den tatsächlichen Lambdawert aussagt. Dies, weil der von einer Lambdasonde gemessene Lambdawert nicht nur vom Sauerstoffge¬ halt des gemessenen Gemisches, sondern auch vom Gehalt an un verbrannten Kohlenwasserstoffen abhängt. Im Katalysator fin¬ det eine Restverbrennung und ein Ausgleich von Schwankungen statt, wodurch die hintere Lambdasonde den tatsächlichen Lambdawert des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Kraft stoff-Gemisches sehr genau bestimmen kann.
Aufgrund der hohen Genauigkeit des Lambdaistwertes-Hinten ist es wünschenswert, mit Hilfe dieses Istwertes die Re¬ gelabweichung zu bilden. Dies kann jedoch nicht zu prak¬ tikablen Ergebnissen führen, da zwischen dem Bereitstel¬ len eines Luft/Kraftstoff-Volumens und dem Zeitpunkt, zu dem dieses Volumen, nun als verbranntes Gemisch, am hinteren Katalysator anlangt, eine sehr große Totzeit vergeht. Diese macht eine sinnvolle Regelung unmöglich. Es wäre allerdings möglich, einen mit Hilfe des Lambdaistwertes-Hinten durch ei Mittel zur Lambdaregelung gebildeten Stellwert mit einem Stellwert zu korrigieren, der mit Hilfe des Lambdaistwertes Vorne durch ein zweites, schnelleres Mittel zur Lambdaregel gebildet ist. Bei einer solchen Anordnung würden sich jedoc Stabilitätsprobleme ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lambdaregelung anzugeben, das stabil arbeitet und es erlaub einen gewünschten Lambdasollwert möglichst genau einzustell Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vo richtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens anzugeben
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von A spruch 6 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal tungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 - 4.
Das erfindungsgeir.äße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, da mit Hilfe des Lambdaistwertes-Hinten und eines Vorgabe-Lambd Sollwertes, auf den letztendlich geregelt werden soll, ein Regel-Lambdasollwert gebildet wird, auf den das Mittel zur Lambdaregelung regelt. Der Soll-/Istwert-Vergleich findet somit gegen den zuverlässigen Lambdaistwert-Hinten statt, wa ein genaues Einstellen des Lair.bdawertes auf den tatsächlich gewünschten Vorgabe-Lambdasollwert ermöglicht. Dadurch, daß der Unterschied zwischen Lambdaistwert-Hinten und Vorgabe- Lamfcdasollwert nicht als Regelabweichung für ein Mittel zur Lambdaregelung verwendet wird, sondern dεß die übliche Regel¬ abweichung zwischen Reςel-Lambdasollwert und Lamtdaistwert- Vorne durch einen mit Hilfe des Unterschiedswertes gebildeten Integrationswert beeinflußt wird, ergibt sich ein schnelles und dennoch stabiles Regel erhalten.
Eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens weist ein Mittel zur Lambdaregelung, ein Mittel zum Bilden der Differenz zwischen einem Vorgabe-La fcdasollwert unc" de Lambdaistwert-Hinten, ein Mittel zum Integrieren der Diffe¬ renz ur.d ein Mittel zum Bilden des Regel-LambdasolIwertes mit Hilfe des Integrationswertes auf. Die Vorrichtung ist vorzugs weise als entsprechend programmierter Mikrorechner ausgebil¬ det.
Zeichnung
Die Erfindung wird im fclgeπdeπ anhand durch Figuren veran¬ schaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei¬ gen: Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild einer Vorrichtung zur Lambdaregelung auf einen einzigen Vorgabe-Lambda- sollwert mit Hilfe zweier Lambdasonden;
Fig. 2 ein Teil-Funktionsblockschaltbild betreffend einen Zusammenhang von Funktionsgruppen, der abweichend vom entsprechenden Zusammenhang gemäß Fig. 1 aus¬ gebildet ist, um auf von Betriebspunkt zu Betriebs punkt unterschiedliche Vorgabe-Lambdasollwerte ein stellen zu können; und
Fig. 3 ein Teil-Fuπktionsblockschaltbild entsprechend dem von Fig. 2, jedoch mit einem zusätzlichen Vorder¬ sonden-Lambdaso11wert-Kennfeld.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die im folgenden anhand von Fig. 1 erläuterte Vorrichtung zu Lambdaregelung ist an einer Brennkraftmaschine 11 mit Kataly sator 12, einer vorderen Lambdasonde 13.v vor dem Katalysa¬ tor und einer hinteren Lambdasonde 13.h hinter dem Katalysa¬ tor angeordnet. Sie weist als Funktionsgruppen ein vorderes Subtraktionsmittel 14.v, ein hinteres Subtraktionsmittel 14. ein Integrationsmittel 15 und ein Mittel zur Lambdaregelung auf. der Stellwert des Mittels zur Lambdaregelung 16 ist auf ein Multiplikationsmittel 17 geführt, wo er mit einer vor¬ läufigen Einspritzzeit tiv multiplikativ zum Bilden eines Einspritzzeitsignales ti verknüpft wird. Das Einspritzzeit- sϊgnal wird einer Einspritzanordnung 18 zugeführt.
Von der hinteren Lambdasonde 13.h wird ein Lambdaistwert- Hinten -. , gemessen, der im hinteren Subtraktionsmittel 14.h vom tatsächlich gewünschten Lambdawert, dem Vorgabe- La bdasollwert ΛSoι i_v abgezogen wird. Die Differenz wird im Integrationsmittel 15 integriert und dient als Regel- La bdasollwert Λs ■, ι R für die Regelung im Mittel 16 zur _
Lambdaregelung. Vom Regel-La bdasollwert wird im vorderen Subtraktionsmittel 14.v der Lambdaistwert-Vorne λ.. . abg zogen, wie er von der vorderen Lambdasonde 13.v gemessen w Die so gebildete Regelabweichung wird vom Mittel 16 zur Lambdaregelung in den bereits erwähnten Stellwert, einen Regelfaktor FR, umgerechnet. Dieser Verfahrensablauf führt zum folgenden Regelverhalten.
Es sei angenommen, daß der Vorgabe-Lambdasollwert 1 ist un zu einem Zeitpunkt, mit dem die Betrachtung beginnt, von d Einspritzanordnung 18 gerade ein Luft/Kraftstoff-Gemisch b reitgestellt wird, das zum gewünschten Vorgabe-Lambdasollw von 1 führt. Die Brennkraftmaschine 11 arbeite jedoch in e Betriebspunkt, in dem ein relativ hoher Prozentsatz an Koh lenwasserstoffen anfallen. Diese Kohlenwasserstoff im Abg führen dazu, daß die vordere Lambdasonde 13.v ein fetteres Gemisch anzeigt, als es eigentlich vorhanden ist. Der geme sene Lambdaistwert-Vorne ist z. B. 0,99. Der Lambdaistwert Hinten, d. h. der tatsächliche Lambdawert, ist dagegen gen Das Integrationsmittel 15 stehe auf dem Wert 1. In diesem Fall ist die Differenz zwischen Vorgabe-Lambdasollwert und Lambdaistwert-Hinten Null, weswegen das Integrationsmi tel 15 den eingestellten Integrationswert nicht verändert. Der an das vordere Subtraktionsmittel 14.v gelieferte Rege Lambdasollwert ist daher 1. Von diesem wird der niedrigere Lambdaistwert-Vorne abgezogen. Aufgrund dieser Regelabweic sorgt das Mittel 16 zur Lambdaregelung für ein Abmagern de Gemisches. Der Lambdaistwert-Vorne steigt dann in Richtung und der Lambdaistwert-Hinten steigt über 1 an. Der vom hin teren Subtraktionsmittel 14.h gebildete Differenzwert wird dadurch negativ, wodurch der Integrationswert, also der Re Lambdasollwert vom Integrationsmittel 15 erniedrigt wird. ein Erniedrigen bis zum Wert 0,99 stattgefunden, liegen fo gende Verhältnisse vor. Die Einspritzanordnung 18 sorgt wi der für ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit dem Lambdawert 1. vordere Lambdasonde 13.v mißt den Lambdaistwert-Vorne 0,99. Dies entspricht genau dem Regel-Lambdasollwert, weswegen die Lambdaregelung 16 den Stellwert unverändert läßt, so daß die Einspritzanordnung nach wie vor für ein Gemisch mit dem Vor- gabe-Lambdawert 1 sorgt. Die hintere Lambdasonde 13.h mißt den Lambdawert 1. Da dieser mit dem Vorgabe-Lambdasollwert übereinstimmt, bleibt der Integrationswert vom Integrations¬ mittel 15 unverändert auf 0,99 stehen.
Auf diese Art und Weise sorgt die genannte Koppelung von Sig¬ nalen dafür, daß das Mittel zur Lambdaregelung 16 genau den gewünschten Vorgabe-Lambdasollwert erreicht, obwohl der zur Regelung verwendete Lambdaistwert-Vorne den tatsächlichen Lambdawert falsch mißt. Das Regeln auf den richtigen Wert hin erfolgt jedoch mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit. Dies, weil wegen der bereits oben genannten Totzeit die Ge¬ schwindigkeit, mit der das Integrationsmittel 15 integriert, nicht sehr hoch sein darf. Sie wird z. B'. so gewählt, daß das Schwingen des Lambdaistwertes-Hinten um einen Mittelwert etwa mit 1/5 bis 1/10 der Regelschwingung im Regelkreis mit dem Mittel 16 zur Lambdaregelung beträgt.
In Fig. 1 ist noch ein Mittel 21 zur Integrationsfreigabe eingezeichnet, das auf das Integrationsmittel 15 wirkt. Es dient dazu, den Integrationsvorgang zur sperren, wenn Sonder¬ zustände vorliegen, in denen nicht auf einen gewünschten Lambdawert geregelt wird, z. B. im Schubabschaltebetrieb oder im Vollastbetrieb.
In der Praxis wird nicht dauernd auf denselben Lambdawert ge¬ regelt, sondern für unterschiedliche Betriebszustände sind unterschiedliche Lambdawerte gewünscht. Insbesondere wird mit zunehmender Last angefettet, um dadurch einem Erhöhen von Stickoxiden im Abgas entgegenzuwirken. Demgemäß wird man bei praktischer Anwendung der Erfindung nicht einen einzigen Vorgabe-Lambdasollwert verwenden, wie in Fig. 1 zum Erläuter des Grundprinzips angenommen, sondern man wird für unter¬ schiedliche Betriebspunkte unterschiedliche Vorgabe-Lambda- sollwerte vorgeben. Es ist zweckmäßig, derartige Sollwerte in einem Kennfeld abzulegen, die mit Hilfe von Werten von Betriebsgrößen als Adreßwerte auswertbar sind. Eine Anord¬ nung mit einem solchen Kennfeld ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 weist ein Vorgabe-Lambdasollwert- Kennfeld 19 auf, das über Werte der Drehzahl n und einer las abhängigen Größe L adressierbar ist. Der jeweils ausgelesene Vorgabe-Lambdasollwert Λc0ιt w wird wiederum auf das hintere Subtraktionsmittel 14.h gegeben. Gleichzeitig gelangt er auf ein Additionsmittel 20, dem auch der Integrationswert vom In¬ tegrationsmittel 15 zugeführt wird. Die übrige Anordnung ent¬ spricht im wesentlichen der von Fig. 1. Es fehlt lediglich das Mittel zur Integrationsfreigabe 21. Der Grund hierfür wird weiter unten erläutert.
Der Zweck des Additionsmittels 20 sei anhand eines Beispieles erläutert. Es sei zunächst angenommen, daß dieses Additions¬ mittel fehle, also der Aufbau gemäß Fig. 1 vorliege, jedoch mit einem Vorgabe-Lambdasollwert-Kennfeld, das Vorgabe-Lambda sollwerte auf das hintere Subtraktionsmittel 14.h gibt. Zu¬ nächst sei der ausgegebene Wert 1. Es liegt dann der anhand von Fig. 1 erläuterte Zustand vor, bei dem der Lambdaistwert- Vorne 0,99 ist. Nun ändere sich der Betriebspunkt, was einen neuen Vorgabe-Lambdasollwert von 0,98 zur Folge habe. Der bei diesem Lambdawert gemessene Lambdaistwert-Vorne sei 0,97. Das Integrationsmittel 15 muß dann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 von 0,99 auf 0,97 integrieren, was einiges an Zeit in Anspruch nimmt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 integriert das Integrationsmittel 15 auf - 0,001, wenn der Vorgabe-Lambdasollwert 1 und der Lambdaistwert-Vorne 0,99 ist. Springt der Vorgabe-Lambdasollwert von 1 auf 0,98, mit einem zugehörigen Lambdaistwert-Vorne von 0,97, wird der.neue Wert von 0,98 direkt auf das Additionsmittel 20 gegeben. Der Integrationswert bleibt auf 0,01 stehen. Eine Änderung im Vorgabe-Lambdasollwert greift also unmittelbar auf das Mittel zur Lambdaregelung 16 durch, ohne daß das Integrationsmit¬ tel 15 tätig zu werden braucht. Es muß nur dann tätig werden, wenn für den neuen Betriebspunkt eine andere Differenz zwi¬ schen Lambdaistwert-Hinten und Lambdaistwert-Vorne besteht als beim Betriebspunkt, der zuvor vorlag.
Selbst wenn die letztgenannte erschwerende Bedingung vorliegt daß zu unterschiedlichen Betriebspunkten unterschiedliche Differenzen zwischen Lambdaistwert-Hinten und Lambdaistwert- Vorne gehören, kann vermieden werden, daß das Mittel zur In¬ tegration 15 bei jedem Betriebspunktsprung eine solche Dif¬ ferenz durch Integration ausgleichen muß. Dies läßt sich durc strukturelle Adaption erzielen. In bezug auf Verfahren für strukturelle Adaption wird auf die DE 36 03 137 A1 (US-Ser.- Nr. 6696) verwiesen. Die Adaptionsmöglichkeit ist in Fig. 2 dadurch angedeutet, daß dem Integrationsmittel 15 Werte von Betriebsgrößen, nämlich Werte der Drehzahl n und Werte einer lastabhängigen Größe L zugeführt werden. Das Integrationsmit¬ tel 15 ist als Kennfeld aufgebaut. In jedem Kennfeldpunkt ist ein Integrationswert gespeichert, der in der Vergangen¬ heit gelernt wurde. Der Integrationswert entspricht der Dif¬ ferenz zwischen dem Lambdaistwert-Hinten und dem Lambdaist¬ wert-Vorne für den betreffenden Betriebspunkt. Findet ein Wechsel von einem Betriebspunkt zum anderen statt, gelangen auf das Additionsmittel 20 der neue Vorgabe-Lambdasollwert aus dem Vorgabe-Lambdasollwert-Kennfeld 19 und der zugehörige Integrationswert aus dem zugehörigen Kennfeldpunkt des Addi¬ tionsmittels 15. Für verschiedene Werte der Adressiergrößen bestehen keine Kennfeldpunkte. Für diese Punkte wird kein Integrationswert ausgegeben, was dem Sperren von Integration durch das Mittel zur Integrationsfreigabe 21 bei der Ausfüh¬ rungsform gemäß Fig. 1 entspricht. Anhand von Fig. 3 wird nun eine Ausführungsform erläutert", die auch ohne strukturelle Adaption ein sehr schnelles Ein¬ stellen auf einen neuen Lambdawert nach einem Betriebspunkt wechsel erlaubt. Adaption ist jedoch zusätzlich möglich, di dann leicht in einen globalen und einen strukturellen Teil untergliedert werden kann.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß auf das Additionsmittel 20 als Lambdasollwert nicht der Vorgabe-Lambdasollwert aus dem Vor gabe-Lambdasollwert-Kennfeld 19 gegeben wird, sondern ein Vordersonden-Lambdasollwert aus einem Vordersonden-Lambda- sollwert-Kennfeld 22. Der Inhalt dieses Vordersonden-Lambda sollwert-Kennfeldes 22 ist identisch mit dem Inhalt eines herkömmlichen Lambdasollwert-Kennfeldes. In einem solchen i bereits berücksichtigt, daß die vor dem Katalysator angeord nete Lambdasonde mit zunehmendem Kohlenwasserstoffgehalt im Abgas zunehmend falsch mißt. Wird vor einem bestimmten Be¬ triebspunkt, z. B. der Lambdawert 0,98 gewünscht, ist aber bekannt, daß die vordere Lambdasonde bei diesem Lambdawert 0,96 mißt, wird für den betreffenden Betriebspunkt im herkö lichen Kennfeld und damit auch im Vordersonden-Lambdasoll- wert-Kennfeld der Wert 0,96 abgelegt. Tatsächlich stellt si mit diesem Sollwert der Lambdawert 0,98 ein.
Die Vordersonden-Lambdasollwerte und die Vorgabe-Lambdasol1 werte werden für alle Betriebspunkte mit Hilfe eines Meßauf baus aufgenommen. Die Werte werden in den Kennfeldern abge¬ legt. Stimmt ein in der Praxis verwendeter Motor mit demje¬ nigen Motor, mit Hilfe dessen die Messung erfolgte, genau überein und stimmt dies auch für die verwendeten Lambdason- den, braucht das Integrationsmittel 15 nie zu integrieren, da sich für jeden Betriebspunkt mit Hilfe des ausgelesenen Vordersonden-Lambdasollwertes genau der zugehörige Vorgabe- Lambdasollwert ergibt. Weichen die Eigenschaften des Motors oder Sonden jedoch von den Eigenschaften der Teile ab, d.ie beim Aufnehmen der Kennfelder Verwendung fanden, sei dies durch eine fertigungsbedingte Streuung oder sei es durch Al¬ terung, gleicht das Integrationsmittel 15 die Abweichung aus. Für die wichtigsten Fehler, insbesondere für Abweichungen in den Sondeneigenschaften, ist der ausgleichende Integrations¬ wert für alle Betriebspunkte gleich. Das Integrationsmittel 1 kann demgemäß auf eine sehr langsame Integrationsgeschwindig¬ keit gestellt werden. Schnell wechselnde Unterschiede von Betriebspunkt zu Betriebspunkt in der Differenz zwischen Lambdaistwert-Vorne und Lambdaistwert-Hinten werden durch di unterschiedlichen Lambdasollwerte aus den beiden Kennfeldern ausgeglichen. Langzeitänderungen oder Streuungsunterschiede werden durch den Ausgangswert des Iπtegrations ittels 15 be¬ hoben. Soll berücksichtigt werden, daß Alterungsänderungen oder Streuungsunterschiede betriebspunktabhängig sein können, kann dies dadurch erfolgen, daß die Werte im Vordersonden- Lambdasollwert-Kennfeld 22 adaptiv verändert werden. Dies is in Fig. 3 dadurch angedeutet, daß das Ausgangssignal vom In¬ tegrator 15 auf das genannte Kennfeld einwirkt. Durch Ändern der Kennfeldwerte findet strukturelle Adaption statt. Ein Teil des Integrationswertes vom Integrationsmittel 15 kann zur globalen Adaption dienen. In bezug auf anwendbare Adap¬ tionsverfahren wird nochmals auf die oben genannte Patent¬ anmeldung verwiesen.
Die bisherigen Ausführungen galten für Mittel 16 zur Lambda¬ regelung mit Zweipunktverhalten, wie auch für solche mit ste tigem Verhalten. Spezifiziert man die Betrachtung auf Mittel zur stetigen Lambdaregelung, ergibt sich noch ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens. Es ist zu beachten, daß die Lambdawert-Spannungj-Kennlinie einer Lambdasonde in allen ihren Bereichen nichtlinear ist. Sie kann jedoch in verschiedenen Bereichen mit recht guter Genauigkeit lineari- siert werden, z. B. in einem Bereich von etwa +/- 3 % um den Lambdawert 1. Mit Hilfe der linearisierten Kennlinie kann ei relativ einfaches Regelverfahren ausgeführt werden. Jedoch ergeben sich aufgrund der kleinen Unterschiede zwischen der tatsächlichen Kennlinie und der linearisierten Kennlinie ge¬ ringe Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Lambdawert und dem gemessenen Wert. Es wird dann geringfügig falsch geregelt. Auch diesen Fehler vermag das Integrationsmittel 15,entspre¬ chend wie oben anhand des Kohlenwasserstoffehlers beschrie¬ ben, auszuregeln.
Der eben beschriebene Linearisierungsfehler macht sich dann besonders negativ bemerkbar, wenn die Lambdasonde vorüberge¬ hend bei einer Temperatur betrieben wird, die relativ weit von derjenigen Temperatur entfernt liegt, für die die tatsäch¬ liche Kennlinie bestimmt wurde, von der ausgehend dann die Linearisierung vorgenommen wurde. Die Kennlinie ändert sich nämlich temperaturabhängig. Nun ist es jedoch so, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Sondentemperatur niedriger ist als die Integrationsgeschwindigkeit des Integrationsmittels 15 Kommt es daher wegen der Kennlinienverschiebung zu einer Fehl¬ messung des Lambdaistwertes an der vorderen Lambdasonde 13.v, wird auch dieser Fehler mit Hilfe der hinteren Lambdasonde 13. und des Integrationsmittels 15 ausgeglichen. Dies ist möglich, weil die Temperatur hinter dem Katalysator 12 deutlich weni¬ ger schwankt als vor ihm.
Solange die Integration zugelassen ist, ist es von Vorteil, mit einer Geschwindigkeit zu integrieren, die der Differenz zwischen Lambdaistwert-Hinten und Lambdasollwert proportional ist. Dadurch verändert das Integrationsmittel 15 den Regel- Lambdasollwert für das Mittel 16 zur Lambdaregelung umso schneller, je weiter der Lambdaistwert-Hinten vom Lambdasoll¬ wert abweicht. Dadurch ist gewährleistet, daß möglichst schnell der gewünschte Lambdasollwert erreicht wird. Die In¬ tegrationsgeschwindigkeit darf jedoch nicht zu hoch werden, da, aufgrund der eingangs genannten Totzeit, ansonsten eine Regelschwingung aufgebaut werden könnte. Es empfiehlt sich also, die Integrationsgeschwindigkeit nach oben hin zu begren- zen. Einfacher ausführbar ist ein Verfahren, bei dem die In- tegratioπsgeschwindigkeit dauernd gleich bleibt, unabhängig vom Wert der genannten Differenz. Diese Integrationsgeschwin digkeit wird möglichst hoch gewählt, jedoch nur so hoch, daß es auch im ungünstigsten Fall nicht zu Regelschwingungen mit unzulässig hoher Amplitude kommt.
Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen ist davon a gegangen, daß der Unterschiedswert zwischen dem Lambdaistwer Hinten und dem Vorgabe-Lambdasollwert dem Differenzwert zwis diesen beiden Größen entspricht. Es reicht jedoch auch aus, lediglich festzustellen, ob der eine Wert größer ist als der andere oder nicht, und abhängig vom Vergleichsergebnis in de einen oder der anderen Richtung zu integrieren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Lambdaregelung, bei dem der Lambdawert des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Gemi¬ sches mit Hilfe des von einer vor einem Katalysator angeord¬ neten Lambdasonde gemessenen Lambdaistwertes-Vorne auf einen Regel-Lambdasollwert geregelt wird, und bei dem durch eine zweite Lambdasonde der Lambdaistwert-Hinten hinter dem Kata¬ lysator gemessen wird, d adurch geke n nze i chnet , daß
- ein Unterschiedswert' zwischen dem Lambdaistwerte -Hinte und einem Vorgabe-Lambdasollwert gebildet wird, der tatsäc lich erreicht werden soll,
- mit dem Unterschiedswert ein Integrationswert gebildet wird, und
- der Regel-Lambdasollwert mit Hilfe des Integrationswertes gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d adurch gekennze i c h n et , daß als Regel-Lambdasollwert der Integrationswert verwendet wird (Fig. 1).
3. Verfahren nach Anspruch 1, d adurc h gekennze i c h net , daß der Regel-Lambdasollwert durch Addieren des In- tegrationswertes zum Vorgabe-Lambdasollwert gebildet wird (Fig. 2).
4. Verfahren nach Anspruch 1, d adurch gekennze i ch ¬ net , daß der Regel-Lambdasollwert durch Addieren des In¬ tegrationswertes zu einem Vordersonden-Lambdasollwert gebil¬ det wird, wobei der Vordersonden-Lambdasollwert so bestimmt ist, daß er für Betriebsbedingungen, die mit den Bedingungen bei seinem Bestimmen übereinstimmen, zum Vorgabe-Lambdasoll¬ wert führt (Fig. 3)..
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennze i chnet , daß die Integrationswerte zur Adap¬ tion verwendet werden.
6. Vorrichtung zur Lambdaregelung mit
- einem Mittel (16) zur Lambdaregelung auf einen Regel-Lambda sollwert, welchem Mittel als Istwert der Lambdaistwert- Vorne zugeführt wird, wie er von einer vor einem Kataly¬ sator (12) anzuordnenden Lambdasonde (13.v) gemessen wird, gekennzei chnet durch
- ein Mittel (14.h) zum Bilden eines Unterschiedswerte zwischen einem Vorgabe-Lambdasollwert, der tatsächlich erreicht wer den soll, und einem Lambdaistwert-Hinten, wie er von einer hinter dem Katalysator anzuordnenden Lambdasonde (13.h) gemessen wird,
- ein Mittel (15) zum Integrieren des Unterschiedswertes und
- ein Mittel (15; 20) zum Bilden des Regel-Lambdasollwertes mit Hilfe des Integrationswertes.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzei chnet durch ein Vorgabe-Lambdasollwert-Kennfeld (19).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 , gekennzei ch¬ net durch ein Vordersonden-Lambdasollwert-Kennfeld (22 und ein Additionsmittel (20), das aus dem jeweiligen Inte¬ grationswert und dem jeweiligen Vordersonden-Lambdasollwert den Regel-Lambdasollwert bildet.
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