Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine. Die Regelung der Abgasrückführung erfolgt bei heute serienmäßig gebauten Kraftfahrzeugen durch Vergleich zwischen einer in einem Speicherelement einer Steuervorrichtung abgelegten, vom Motorbetriebspunkt abhängigen Frischluftsollmasse mit der vom Motor tatsächlich angesaugten Luftmasse.

Letztere wird von einem sogenannten Heißfilm-Luftmassenmesser im Ansaugtrakt des Motors gemessen. Über ein Abgasrückführventil erfolgt die teilweise Rückführung der vom Motor emittierten Abgase in den Ansaugtrakt.

Bei gegebenem Betriebspunkt des Motors vermindert sich der vom Motor benötigte Frischluftmassenanteil, wenn der zurückgeführte Abgasanteil erhöht wird. Dadurch ist es möglich, die eigentliche Zielgröße, die Abgasrückführrate, indirekt dadurch zu regeln, daß die von dem Luftmassenmesser im Ansaugtrakt gemessene Ansaugluftmasse mit einer für den jeweiligen Betriebspunkt des Motors erwarteten Frischluftmasse verglichen wird und gegengeregelt wird, wenn Abweichungen erfaßt werden.

Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau von Ansaug-und Abgastrakt eines Motors am Beispiel eines Turbo-Dieseimotors mit Kraftstoffeinspritzung. Durch einen Luftfilterkasten 1 hindurch angesaugte Frischluft strömt an einem Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) 2 vorbei in einen Turbolader 3 mit verstellbaren Turbinenleitschaufeln (VTG). Von dort aus durchströmt sie in komprimiertem Zustand einen Ladeluftkühler 4, von wo aus sie über ein Saugrohr 5 an die einzelnen Zylinder des Motors 6 verteilt wird. Am Saugrohr 5 sind ein Lufttemperaturfühler 7 und ein Ladedruckfühler 8 angeschlossen. Ein Abgaskrümmer 9 führt Abgas vom Motor 6 auf die Turbine des Turboladers 3. In der Turbine entspanntes Abgas wird über einen Oxidationskatalysator 10 und einen Schalldämpfer 1 1 ausgestoßen.

Zwei elektropneumatische Wandler 12 steuern Unterdruckdosen 13,14 an, von denen eine 13 die Stellung der Turbinenleitschaufeln im Turbolader 3 und die andere 14 den Öffnungsgrad eines Abgasrückführventils 15 in einer Abgasrückführleitung 16 zwischen Abgaskrümmer 9 und Saugrohr 5 steuert. Ein Drehzahlgeber 17 ist am Motor 6 angeordnet.

Ein in Figur 1 nicht dargestelltes Steuergerät steuert mit Hilfe des Wandlers 12 und der Unterdruckdose 14 den Abgasrückfluß in der Leitung 16. Ein herkömmliches Regelver- fahren einer solchen Vorrichtung zeigt Figur 2. Regelgröße ist die von dem Heißfilm- Luftmassenmesser 2 gemessene Frischluftmasse. Über ein von der Motordrehzahl nMot und der Kraftstoffeinspritzmasse mE abhängiges Kennfeld 21 und über ggf. einige Zusatzkennfelder 22,23 zur Anpassung an die Umweltbedingungen, dargestellt durch Eingangsgrößen A, B der Kennfelder 22,23, erzeugt das Steuergerät einen Sollwert m, ! ! für die Frischluftzufuhrmasse. Dieser Sollwert wird mit dem vom Luftmassenmesser 2 gelieferten Istwert mL ilt verglichen, und mit der Differenz der beiden Werte wird ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) 24 angesteuert. Je nach Regelabweichung mLSOIW - ML,ist gibt der Pl-Regler 24 als Steligröße ein Signal konstanter Frequenz mit variablem Tastverhältnis aus, das zur Ansteuerung des elektropneumatischen Wandlers 12 und damit nach Umsetzung in eine pneumatische Gröl3e (Unterdruck) zur Betätigung des Abgasrückführventils 15 dient.

Die in dem Grundkennfeld 21 gespeicherten Sollwerte werden durch Messungen auf dem Motorprüfstand ermittelt. Sie sind betriebspunktabhängig, d. h. als Funktion der den Betriebspunkt definierenden Parameter, in dem Kennfeld gespeichert.

Um eine schnelle Ansteuerung des Rückführventils 15 bei Änderungen des Motorbetriebszustandes zu bewirken, ist eine Korrektur des vom PI-Regler 24 gelieferten Tastverhältnis anhand weiterer Kennfelder 25,26,27 erforderlich, die Korrekturterme des Tastverhältnisses als Funktion der Betriebsparameter des Motors oder von Korrekturgrößen C, D enthalten.

Eine Minimum-Maximumbegrenzung 28 sorgt dafür, daß das ausgegebene Stellsignal und der Integralanteil des PI-Reglers 24 bei bleibender Abweichung zwischen Soll-und Istwert der Frischluftmasse nicht überlaufen. Letzteres ist z. B. bei kleinen Motorbetriebslasten (kleine Einspritzmasse und Drehzahl) denkbar, in denen wegen zu geringer Druckdifferenz über dem Abgasrückführventil 15 keine ausreichende Abgasrückführung mehr möglich ist.

Schalter 29,30 sind vorgesehen, um die Regelung bzw. die Abgasrückführung in bestimmten Betriebszuständen auszuschalten.

Aufgrund der im Steuergerät ablaufenden Regelkreisstrategien bezüglich der Abgasrückführ-und Einspritzmengenregelung werden herstellungsbedingte Toleranzen des Einspritzsystems (hauptsächlich Einspritzpumpe 18 und Düsen) und Fehler in der Luftmassenbestimmung durch den Luftmassenmesser 2 nicht berücksichtigt. Die nicht an den einzelnen Motor angepaßten Soll-und Vorsteuergrößenangaben in den Kennfeldern wirken sich negativ auf die Emissionen aus. Je nach Streurichtung der emissionsbeeinflussenden Motorkomponenten erzeugt der Motor vergleichsweise zu viele Stickoxide oder Partikel. In der Serienfertigung versucht man deshalb, die Abgasrückführung so auszulegen, daß unter Berücksichtigung der Streuung die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte immer eingehalten werden.

Im Zuge der geforderten Verschärfung der Emissionsgrenzwerte für bestimmte Abgasbestandteile wird es zunehmend schwerer, diese Art der Auslegung ohne gravierende motortechnische Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung beizubehalten.

Figur 3 veranschaulicht diese Problematik am Beispiel stark streuender Einspritzmengen. An den Achsen des Diagrammes sind jeweils Stickoxid-und Partikelgehalte des Abgases eines Motors prozentual aufgetragen. Dabei wird angenommen, daß die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte A jeweils 100% Partiel- beziehungsweise Stickoxidemission bedeuten. Die verschärften Grenzwerte B entsprechen jeweils 50% der Grenzwerte A. Der Kreis X, bezeichnet das Intervall der Abgaszusammensetzungen eines in der oben beschriebenen Weise geregelten, "idealen"Motors, dessen Komponenten wie etwa Einspritzpumpe, Sensoren etc. ohne Streuung den Spezifikationen entsprechen. Die mittlere Abgaszusammensetzung hält von den Grenzwerten A relativ große Abstände A1 bzw. A2 ein, die es erlauben, daß die Komponenten des Motors in einem gewissen Umfang in Richtung eines fetteren Gemisches (Gebiet X2) oder eines magereren Gemisches (Gebiet X3) streuen, ohne daß dadurch die Grenzwerte überschritten werden.

Für einen engeren Satz von Grenzwerten B ist es zwar möglich, einen Motor zu konstruieren, dessen Abgaszusammensetzung X'1 diese Grenzwerte einhäit, allerdings mit kleineren Abständen B1, B2, die Abweichungen in Richtung eines fetteren oder magereren Gemisches nicht mehr zulassen. Um den Einfluß von Streuungen zu begrenzen, werden daher gegenwärtig Abgasrückführ-Regelverfahren entwickelt, die eine zusätzliche Korrektur vorsehen, bei der anhand von Messungen des Luftverhält- nisses im Abgas Abweichungen zwischen diesem Luftverhältnis und dem für gegebene Einspritzmengen und Frischluftmassen erwarteten Luftverhältnis erkannt werden und somit z. B. herstellungsbedingten Einspritzmengentoleranzen der Kraftstoffpumpe beziehungsweise Fehlern der Luftmassenbestimmung entgegengewirkt werden kann.

Figur 4 zeigt das Prinzip eines solchen, sogenannten"lamdabasierten"Regelverfahrens.

Die Vorrichtung umfaßt einen sogenannten Luft-Regelkreis 41, dem ein äußerer Lambda-Regelkreis 42 aufgesetzt ist. Ein Kennfeld 45, das dem Kennfeld 21 aus Figur 2 entspricht, liefert einen Sollwert ML, soll der Frischluftmasse in Abhängigkeit von einer Soll- Einspritzmenge mE, son und der Motordrehzahl nmo,. Die Differenz zwischen dem Sollwert mL, soll zuzüglich einer Korrekturluftmasse mLkOrr und der von einem Luftmassenmesser 2 im Ansaugtrakt des Motors 6 gemessenen Frischluftmasse mL ist bildet die Eingangsgröße eines PI-Reglers 43. Das Ausgangssignal des PI-Reglers 43 wird einem Vorsteuersignal 48 überlagert und an das Abgasrückführventil des Motors 6 angelegt.

Der mit einer Soll-Einspritzmasse mE, son beaufschlagte Motor 6 liefert ein Abgas, dessen Restsauerstoffgehalt O2Abgas von einer Lambdasonde 44 erfaßt wird. Eine Schaltung 46 errechnet anhand des Meßsignales der Lambdasonde 44 und der Soll-Einspritzmenge mE. soi) eine Frischluftmasse mLber. Im Idealfall sollte diese Frischluftmasse mit der Soll- Frischluftmasse mL soll des Kennfeldes übereinstimmen. Eine auf Streuung zurückzuführende Differenz zwischen den beiden Sollwerten wird als Eingangsgröße auf einen PI-Regler 47 gegeben, dessen Ausgangssignal morr dem Sollwert mLsoll additiv überlagert wird. Auf diese Weise wird die Abgasrückführung je nach Emissionsstreurichtung des Motors zurückgenommen oder erhöht, so daß die über den Sollwert m ursprüngtich indirekt vorgegebenen Abgasrückführraten wieder den zu erwartenden betriebspunktabhängigen Motoremissionen entsprechen. Beide Regelkreise 41,42 sind so ausgelegt, daß der Lambdaregelkreis 42 gegenüber dem Luftregelkreis41 nur korrigierende Wirkung besitzt, also keinen direkt regelnden Einfluß auf das Abgas- fuhrventil hat.

Eine derartige langsame Korrektur des Frischluftmassen-Sollwertes durch den Lamdaregelkreis 42 funktioniert lediglich in den Motorbetriebszuständen sinnvoll, in denen sich das Luftverhältnis nur geringfügig ändert und wegen der mit zunehmendem Luftverhältnis steigenden Ungenauigkeit der Lambdasonde 44 nicht zu hoch liegt.

Außerdem müssen Betriebspunkte von der Regelung ausgeschlossen bleiben, bei denen keine Abgasrückführung vorgesehen ist oder aus physikalischen Gründen trotz maximal angesteuertem Abgasrückführventil keine weitere Erhöhung bzw. Verminderung der Abgasrückführung möglich ist.

Wenn sich der Betriebspunkt des Motors ändert und dementsprechend andere Soll- Einspritzmassen bzw. Soll-Frischluftmassen vorgegeben werden müssen, dauert es eine gewisse Zeit, bis eine dadurch bedingte Änderung der Abgaszusammensetzung sich in einer Änderung des Ausgangssignales der Lambdasonde und der daraus berechneten Frischluftmasse m, ber niederschlägt. Insbesondere bei Kompressorsystemen ist die Verzögerung beträchtlich, da die prinzipbedingte Druckempfindlichkeit der Lambdasonde dazu zwingt, diese hinter die Abgasturbine einzubauen.

Dies führt bei einer stark dynamischen Fahrweise dazu, daß mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Ansatz aufgrund der Gaslaufzeiten und des Einregelverhaltens des Luftregelkreises keine vernünftige Korrektur des Frischluftmassen-Sollwertes in vertretbarer Zeit erfolgen kann. Dies kann neben Emis- sionsverschlechterungen auch Fahrverhaltensprobleme wie etwa Drehmomenteneinbrüche aufgrund von zu niedrig korrigierten Frischluftmassenströmen zur Folge habe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Luftverhältnisses einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung anzugeben, die es erlauben, einen sinnvollen Korrekturwert für die Regelung des Luftverhältnisses mit minimaler Verzögerung anzugeben.

Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Anstatt wie bisher die notwendige Korrekturgröße bei jeder Änderung des Motorbetriebspunktes neu einzuregeln, werden Werte diese Korrekturgröße erfindungsgemäß als Funktionen der Betriebsparameter gespeichert, so daß, wenn der Motor einen neuen Betriebspunkt einnimmt, ein für diesen Betriebspunkt geltender Wert der Korrekturgröße unverzüglich zugreifbar ist und dem Sollwert überlagert wird.

Unter einem Betriebspunkt wird jeweils eine Kombination von Werten der Betriebsparameter verstanden. Diese Betriebspunkte bilden einen n-dimensionalen Raum, wenn n die Zahl der Betriebsparameter ist.

Immer dann, wenn sich der Motor in einem stationären Zustand befindet, wird der für den betreffenden Betriebspunkt geltende Wert der Korrekturgröße so adaptiert, daß sich der korrigierte Sollwert einem Wert annãhert, der zu einem Abgleich zwischen dem berechneten Wert aus dem gemessenen Luftverhältnis und dem unkorrigierten Sollwert führt In dem Speicherelement, das die Werte der Korrekturgröße aufnimmt, sind zweckmäßigerweise jeweils Werte der Korrekturgröße für einzelne, voneinander beabstandete Betriebspunkte, als Stützstellen bezeichnet, gespeichert. Für diejenigen Betriebspunkte des Motors, die keine Stützstellen sind, wird die Korrekturgröße durch Interpolation zwischen den Stützstellen berechnet.

Um eine zügige Adaptierung der einzelnen Betriebspunkte zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise für jede Stützstelle eine Umgebung in dem Raum der Betriebspunkte definiert, und eine Stützstelle wird dann adaptiert, wenn der aktuelle Betriebspunkt sich in der Umgebung einer Stützstelle befindet. Das heißt, um eine Adaptierung zu ermöglichen, ist es nicht erforderlich, daß aktueller Betriebspunkt des Motors und Stützstelle identisch sind, eine Adaptierung erfolgt auch dann, wenn die Abweichungen zwischen den Parameterwerten des Betriebspunktes und denen der Stützstelle nicht zu groß ist.

Wenn der Motor auf Betriebspunkten arbeitet, die sich in einem Zwischenbereich zwischen zwei Stützstellen bewegen, so kann dies zu dem Problem führen, daß in ständigem Wechsel der eine oder der andere Betriebspunkt adaptiert wird. Eine be- vorzugte Möglichkeit, dies zu vermeiden, ist, eine Hysterese einzuführen, indem die Umgebungen der Stützstellen so gewählt werden, daß die Umgebungen benachbarter Stützstellen an ihren Rändern überlappen, und daß, wenn der Betriebspunkt des Motors in einen solchen Überlappungsbereich eintritt, diejenige Stützstelle, in dessen Umgebung der Betriebspunkt neu eingetreten ist, nicht adaptiert wird, bevor der Betriebspunkt nicht die Umgebung der anderen Stützstelle verlassen hat. Solange die Umgebung der anderen Stützstelle nicht verlassen wird, erfolgt weiterhin ihre Adaptierung.

Eine andere Möglichkeit, ein solches Umschalten zu vermeiden ist, die Umgebungen der Stützstellen jeweils so festzulegen, daß sie durch Zonen getrennt sind, die keiner Umgebung angehören. Wenn der Betriebspunkt des Motors sich in einer solchen Zone befindet, findet keine Adaptierung statt.

Je nach Fahrstil eines Fahrers und Anwendungsumgebung eines Kraftfahrzeuges kann es Gegenden im Raum der möglichen Betriebspunkte geben, die vom aktuellen Betriebspunkt des Motors nicht oder selten aufgesucht werden. Um eine Adaptierung auch solcher Bereiche zu ermöglichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Gradient der Korrekturgröße überwacht wird, und daß Stützstellen, die einer gerade in Adaptierung befindlichen Stützstelle benachbart sind, in die gleiche Richtung wie diese adaptiert werden, wenn anderenfalls der Gradient der Korrekturgröße einen Grenzwert überschritte. Diese Regelung beruht auf der Vorstellung, daß die Korrekturgröße eine stetige Funktion der Betriebsparameter mit begrenzter Steigung ist, und daß deshalb eine genaue Kenntnis des Wertes der Korrekturgröße für eine gegebene Stützstelle einen Rückschluß auf den Wert der Korrekturgröße an benachbarten Stützste) ! en zufaßt.

Indem der Gradient der Korrekturgröße nicht nur für die unmittelbaren Nachbern der in Adaptierung befindlichen Stützstelle, sondern im gesamten Raum der Betriebspunkte überwacht wird, ist es möglich, daß die Adaptierung einer Stützstelle nicht nur den Wert der Korrekturgröße für ihre unmittelbaren Nachbarn beeinflußt, sondern auch für weiter entfernte Stützstellen.

Wesentlich für die Qualität der Adaptierung ist, daß sie nur zu Zeiten durchgeführt wird, zu denen das von der Lambasonde gemessene Luftverhältnis einen sicheren Ruckschluß auf die gleichzeitigen Verbrennungsbedingungen im Motor zuläßt. Eine Adaptierung wird daher vorzugsweise nur dann durchgeführt, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt ist : -das Tastverhältnis des Abgasrückführventils liegt innerhalb eines erlaubten Bereiches, -die Abgasrückführregelung ist freigegeben, -die Motordrehzahl liegt innerhalb eines erlaubten Bereiches, -die Einspritzmenge und/oder ihre zeitliche Änderung liegen innerhalb eines erlaubten Bereiches, -das gemessene Luftverhältnis und/oder seine zeitliche Änderung liegen innerhalb eines erlaubten Bereiches.

Um die gezielte Regelung des Luftverhältnisses auch in Phasen sich ändernder Betriebsparameter des Motors zu verbessern, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, den Meßwert der Lambdasonde zu korrigieren, um Laufzeiten des Abgases auszugleichen. Eine solche Korrektur kann insbesondere dadurch erfolgen, daß ein zu erwartender Wert der Lambdasonde anhand des aktuellen Betriebspunktes berechnet wird, und daß der gleiche berechnete Wert um eine Zeit, die in etwa der Abgaslaufzeit entspricht, verschoben, wieder subtrahiert wird.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 17. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vonAusführungsbeispielen.

Figur 1 zeigt den Aufbau des Luftversorgungssystems eines Turbo-Dieselmotors, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist.

Figur 2 zeigt ein herkömmliches Schema zum Regeln der Verbrennungsluftzusammensetzung eines Motors ; Figur 3 veranschaulicht die Problematik von Fertigungsstreuungen bei der Bekämpfung des Schadstoffgehaltes von Abgasen ; Figur 4 zeigt ein Schema des als nächstliegender Stand der Technik angesehenen Regelungsprinzips ; Figur 5 zeigt eine Vorrichtung zum Regeln der Verbrennungsluftzusammensetzung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ; Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus dem von der Regelvorrichtung aus Figur 5 verwendeten Interpolationskennfeld ; Figuren 7 und 8 veranschaulichen die Gradientenüberwachung im Interpolationskennfeld ; Figur 9 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Berechnung der Frischluftmasse mL,ber aus dem Signal der Lambdasonde ; Figur 10 veranschaulicht das Prinzip der Laufzeitkompensation bei der Auswertung des Signales der Lambdasonde ; Figur 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ; und Figur 12 zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Berechnung eines Sollwertes des Luftverhättnisses.

Die in Figur 5 dargestellte Regelvorrichtung umfaßt einen Luftregelkreis 41, der dem in Figur 4 gezeigten entspricht und deshalb nicht erneut beschrieben wird. Auch das in einem Speicherelement enthaltene Kennfeld 45 für den Luftmassen-Sollwert m, SO,"die Lambdasonde 44 und die Schaltung 46 zum Berechnen der Luftmasse m, ber aus dem Ausgangssignal der Lambdasonde 44 entsprechen den mit Bezug auf Figur 4 be- schriebenen Komponenten. Die Arbeitsweise der Steuerschaltung 51 unterscheidet sich jedoch von der des Lambdaregelkreises 42. Die Steuerschaltung 51 umfaßt eine Verwaltungseinheit 52, einen PI-Regler 53, der einen Eingang der Steuerschaltung 51 bildet und als Korrekturgröße die Differenz zwischen dem von dem Kennfeld 45 betriebspunktabhängig vorgegebenen Sollwert m, und dem Luftmassenwert mLber der Schaltung 46 empfängt. Anstelle des PI-Reglers 53 könnte alternativ ein reiner Integralregler vorgesehen werden. Ein durch die Verwaltungseinheit 52 angesteuertes Interpolationskennfeld 55 umfaßt ein RAM 54, das für eine Mehrzahl von ausgewählten Betriebspunkten des Motors, als Stützstellen bezeichnet, Luftmassen-Korrekturwerte ent- hält sowie eine Interpolationsschaltung. Die Betriebspunkte des Motors sind jeweils definiert durch die Motordrehzahl nô, un die Soll-Einspritzmenge mE, son. Das RAM 54 liefert zu eingegebenen Werten der Betriebsparameter die Werte der Korrekturgröße für die jeweils nächstbenachbarten Stützstellen. Die Interpolationsschaltung ermittelt anhand einer mathematischen Funktion aus diesen Stützstellen durch eine betriebspunktabhängige Interpolation den tatsächlichen Korrekturwert. Im vorliegenden Fall mit zwei Betriebsparametern nmot, mE,sol ist die Zahl der Stützstellen 4 ; allgemein ist sie 2", wenn n die Zahl der für die Interpolation herangezogenen Parameter ist. Die Interpolationsschaltung liefert anhand dieser Werte und der ebenfalls in sie eingegebenen Betriebsparameter einen linear interpolierten Luftmassen-Korrekturwert m, korr, der das Ausgangssignal der Steuerschaltung darstellt.

Die Interpolationsschaltung ist nicht eigens in der Figur dargestellt, da sie nicht notwendigerweise eine physisch eigenständige Schaltungskomponente ist. Sie kann zum Beispiel durch einen Mikroprozessor mit einem geeigneten Steuerprogramm realisiert sein, der auch die Aufgaben der Verwaltungseinheit 52 wahrnimmt.

Figur 6 veranschaulicht den lnhalt des Interpolationskennfeldes 55. Der Raum der Betriebspunkte ist hier zweidimensional und entspricht der von den Achsen nmO"Me des dargestellten Koordinatensystems aufgespannten Ebene. In dieser Ebene ist eine Vielzahl von Stützstellen festgelegt, von denen vier, die jeweils Kombinationen der Einspritzmassen mE, rtl und mE su bzw. mit. st1 und nmot, st2 entsprechen, besonders herausgehoben und mit dem Bezugszeichen 61 bezeichnet sind. Jedem Stützpunkt ist ein Wert der Korrekturluftmenge m,, torr zugeordnet, dargestellt als Kreis 64.

Um die Stützstellen 61 herum sind jeweils Umgebungen, als Lernfenster 62 bezeichnet, definiert. Benachbarte Lernfenster 62 weisen jeweils überlappende Randzonen 63 auf.

Für einen gegebenen Betriebspunkt des Motors wird ein passender Wert der Korrekturluftmenge mu, torr durch tineare Interpolation zwischen den Korrekturluftmengenwerten der benachbarten Stützstellen von der Interpolationsschaltung berechnet und an den Luftregelkreis 41 ausgegeben. Auf diese Weise kann bei einem Wechsel des Betriebspunktes des Motors unverzüglich ein Korrekturwert bereitgestellt werden, der an diesen Betriebspunkt angepaßt ist.

Immer dann, wenn die Verwaltungseinheit 52 anhand der von ihr überwachten Eingangsgrößen, z. B. dem Tastverhältnis TVAGR des Abgasrückführventils, dem Betriebszustand ein/aus der Abgasrückführung AGRein/aus, der Motordrehzahl nmot, der Soll-Einspritzmenge ME, soll sowie ihrer zeitlichen Ableitung dmE, so"/dt dem Signa ! der Lambdasonde 44 oder ihrer zeitlichen Ableitung dA/dt feststellt, daß sich der Motor in einem stationären Betriebszustand befindet, initialisiert die Verwaltungseinheit den Pl- Regler 53 mit demjenigen Korrekturwert, der zu der Stützstelle 61 im Kennfeld 55 gespeichert ist, in deren Lernfenster 62 sich der aktuelle Betriebspunkt befindet. Dann gibt sie den PI-Regler 53 frei, so daß dessen Ausgangssignal mL.korr,Stpkt entsprechend dem Eingangswert ML,scll-mL,ber der Steuerschaltung 51 driften kann.

Der dem Betriebspunkt zugeordnete Korrekturwert im Interpolationskennfeld 55 wird mit dem driftenden Ausgangssignal des PI-Reglers 53 überschrieben. Da sich somit die Eingangsgrößen der Interpolationsschaltung 56 ändern, driftet auch ihr Ausgangssignal m, kOrr. Die Drift hält so lange an, bis die Regeldifferenz des PI-Reglers 53 Null wird oder die Verwaltungseinheit 52 den PI-Regler 53 aufgrund einer Überschreitung von Wertegrenzen der überwachten Eingangssignale, zum Beispiel aufgrund einer Änderung des Betriebspunktes des Motors, wieder sperrt.

Der bis zu diesem Zeitpunkt erreichte Wert der Korrekturluftmasse bleibt für den betref- fenden Betriebspunkt im Interpolationskennfeld 55 gespeichert. Wenn sich der neue Betriebspunkt als stationär erweist, erfolgt eine erneute Initialisierung des PI-Reglers 53 mit dem zugehörigen Wert der Korrekturgröße, und der Adaptierungsprozeß wird für den neuen Betriebspunkt fortgesetzt. Auf diese Weise können alle möglichen Betriebspunkte des Motors im Laufe der Zeit mit einem einzigen Regler adaptiert werden.

Kleine Veränderungen des Motorbetriebspunktes, bei denen dieser die Umgebung einer Stützstelle nicht verläßt, werden als stationärer Zustand des Motors behandelt und führen nicht zur Unterbrechung des Adaptierungsprozesses. Wenn der Betriebspunkt in einen Überlappungsbereich zwischen zwei Stützstellenumgebungen eindringt, so wird der Adaptierungsprozeß für diejenige Stützstelle fortgesetzt, in deren Lernfenster sich der Betriebspunkt zuvor bereits befunden hat. Ohne diese Überlappungsbereiche mit Hysteresefunktion würden geringe Verlagerungen des Betriebspunktes im Grenzbereich zwischen zwei Lernfenstern ständig zu einem Wechsel der zu adaptierenden Stützstelle führen.

Denkbar wäre auch, einen definierten Abstand zwischen zwei Lernfenstern zu lassen, in dem keine Adaptierung stattfindet. Dies hat aber zur Folge, daß es Motorbetriebspunkte gibt, in denen eine Adaptierung willkürlich ausgeschlossen ist, was die Geschwindigkeit der Adaptierung unnötig reduzieren könnte.

Das Adaptieren einzelner Stützstellen in einem umfangreichen Betriebspunktraum birgt die Gefahr, daß Polstellen erzeugt werden. Aufgrund der Motorbetriebsweise in einem Kraftfahrzeug gibt es Betriebspunkte, die sehr oft, wenig oder nur sehr selten adaptiert werden können. Diese liegen häufig dicht beieinander. Um einen über zwei oder mehr benachbarte Stützstellen interpolierten Korrekturwert gemäß der Regelabweichung zu gewinnen, müssen die Korrekturwerte der adaptierbaren Stützstellen entsprechend stark verändert werden. Insbesondere wenn der Betriebspunkt nah am Rand eines Lernfensters liegt, übt er eine starke"Hebelwirkung"bei der Adaptierung aus. Nimmt man zum Beispiel an, daß die optimale Adaptierung zweier benachbarter Stützstellen zu gleichen Korrekturwerten führen würde, der eine aber einen Korrekturwert aufweist, der um einen Betrag A zu klein ist, so führt die Adaptierung der anderen Stützstelle dazu, daß diese, wenn der aktuelle Betriebspunkt von beiden Stützstellen gleich weit entfernt ist, gegen einen Wert konvergiert, der um A zu groß ist. Die Folge sind steile Interpolationsgeraden zwischen den Stützstellen, die zu Instabilitäten in der Korrekturwertberechnung führen können und den gesamten Regelkreis zu Schwingungen anregen können. Figuren 7 und 8 verdeutlichen dieses Problem.

Diese zwei Figuren zeigen jeweils einen Schnitt durch den Betriebspunktraum aus Figur 6 entlang der Achse der Korrekturgröße, die in diesen Figuren mit Y bezeichnet ist. Drei Lernfenster 62 sind jeweils Werte der Korrekturgröße entsprechend Punkten A, B, C zugeordnet. 71 bezeichnet einen oft durchfahrenen Betriebspunktbereich. Wenn sich der Motor in dem Bereich 71 bewegt, findet häufig eine Adaptierung des Punktes B statt, gelegentlich eine des Punktes C, aber selten eine des Punktes A. Wenn der Motor den Betriebspunkt xsoll1 innehat, ist y,,,,, der zutreffende Wert der Korrekturgröße. Da der Wert A zu niedrig liegt, führt die Adaption der Stützstelle B anhand des Betriebspunkts xsoll, zu einem unrealistisch hohen Wert. Wenn sich der Motor später an einem anderen Betriebspunkt Xso Korrekturwert y2 Korrekturwert findet befindet, befindet, der Stützstelle von B in Gegenrichtung statt. Um derartige Erscheinungen zu vermeiden, ist eine Überwachung des Gradienten der Korrekturgröße vorgesehen. Immer wenn die Adaptierung einer Stützstelle zu einer Überschreitung des Gradienten führen würde, wird nicht nur die entsprechende Stützstelle, sondern auch eine benachbarte in die Adaptierung einbezogen und in die gleiche Richtung adaptiert. Dies führt, wie in Figur 8 gezeigt, zu einer Anhebung des Korrekturwertes A und infolgedessen zu einer ver- minderten Variabilität des Korrekturwertes B. Da alle Stützstellen im Kennfeld überwacht werden, kann sich eine solche ausgleichende Korrektur auch auf übernächste Nachbarn ausgehend von der verursachenden Stützstelle aus fortsetzen. Polstellen können dadurch vermieden werden.

Denkbar wäre auch, zu weit adaptierte Stützstellen von einer weiteren Adaptierung auszuschließen, bis alle Nachbarstützstellen durch den PI-Regler nachgeregelt worden sind. In diesem Fall ist die für eine optimale Adaptierung des gesamten Kennfeldes erforderliche Zeit aber wesentlich größer als bei der erstgenannten, bevorzugten Alternative. Unter Umständen ist eine vollständige Adaptierung auch überhaupt nicht möglich, da evtl. benachbarte Lernfenster bedingt durch die Fahrweise und die damit verbundene Motorbetriebspunktwahl nie erreicht und damit nie adaptiert werden.

Figur 9 zeigt verschiedene Alternativen für den Aufbau der Schaltung 46 zum Berechnen der Frischluftmasse m, ber aus dem Ausgangssignal der Lambdasonde 44. Gemäß Figur 9a wird die Luftmasse über eine einfache formale Beziehung aus dem AusgangssignalS und der Einspritzsollmenge mE, son berechnet. Diese Lösung entspricht der Arbeitsweise der Schaltung 46 aus Figur 4. Fehler des Luftmassenmessers 2 werden durch diese Lösung korrekt behoben. Eventuelle Nichtlinearitäten des Luftmassensollwert- Kennfeldes 45 bleiben hier allerdings unberücksichtigt. Dies führt dazu, daß bei Einspritzmassenfehlern eine Überkompensation in der Adaption stattfindet, die der gewünschten Einengung der Toleranzen im Schadstoffausstoß des Motors entgegenwirkt.

Bei der in Figur 9b dargestellten Variante erfolgt die Berechnung unter Einbezug der Nichtiinearitäten des Kennfeldes 45 richtig. Eingangsgrößen sind hier das das von der Sonde 44 gemessene Luftverhältnis X, die gemessene Luftmasse m, die Korrekturluftmasse m, kOrr und die Motordrehzahl nmOt. Anhand eines mathematischen Modells wird aus x und der Luftmasse mu, in eine Einspritzmenge mE. ber berechnet, und mit dieser berechneten Einspritzmenge als Parameter wird auf das bereits in Figur 5 gezeigte Kennfeld 45 zugegeriffen. Bei dem in der Figur gezeigten Kennfeld 45 handelt es sich um die gleiche Schaltung wie beim Kennfeld 45 der Figur 5. Das Kennfeld wird so im Zeitmultiplex genutzt, um einmal die Soll-Luftmasse mL,soll und das andere Mal m, ber zu ermitteln. Hier werden zwar Luftmassenmesser-Fehler nicht korrekt ausgeregelt, da für die Berechnung der Kennfeldeingangsgröße mEber die fehlerhaft gemessene Luftmasse m, jst eingeht, die ja eigentlich korrigiert werden soll. Die Auswirkungen der hierdurch verursachten Adaptionsfehler auf die Streuung der Emissionswerte ist jedoch erheblich geringer als bei der Variante von Figur 9a, da keine Überkompensation auftritt.

Die Variante der Figur 9c sieht die Umstellung des Kennfeldes 45 vor, derart, daß als Eingangsgrößen die Motordrehzahl nmOt, und, anstelle der Solleinspritzmenge, das von der Sonde 44 gemessene Luftverhältnis X eingehen. Vorteil dieses Ansatzes ist, daß das Einregelverhalten aufgrund der Nichtlinearität in den steilen Kennfeldbereichen sehr schnell erfolgt. Es ist jedoch wichtig, darauf zu achten, daß stets eine eindeutige Beziehung zwischen X und der interpolierten Luftmasse besteht, so daß die oben beschriebene Adaption möglich bleibt. Wie im Fall von Figur 9b kann bei diesem Ansatz nur der Einspritzmassenfehler richtig korrigiert werden. Setzt man dagegen m, kOrr bei der nachgeschalteten Subtraktion zu Null, würde eine korrekte Luftmassenfehler-Korrektur erfolgen.

In dynamischen Betriebsphasen des Motors, d. h. in Phasen, in denen sich der Betriebspunkt des Motors schnell ändert, wirken sich Änderungen der Einspritzmenge oder der Frischluftzufuhr erst mit einer durch die Ausbreitungszeit des Abgases im Abgastrakt bedingten Verzögerung auf das Signal des Lambdasensors aus. Um die Wirkung einer solchen Verzögerung bei der Regelung in dynamischen Phasen zu verringern, ist eine sogenannte prädiktive, also eine zeitlich vorausschauende Regelung vorgesehen. Abbildung 10 zeigt eine diesbezügliche Weiterentwicklung. Eine Rechenschaltung 101 berechnet anhand eines mathematischen Modelas unter Verwendung von m, st, mL,korr und mE, son als Eingangsgrößen ein zu erwartendes Signal der Lambdasonde, das zu dem tatsächlichen Ausgangssignal der Lambdasonde hinzuaddiert wird. Gleichzeitig wird dieses erwartete Signal in ein Totzeitglied 102 eingespeist, dessen Ausgangssignal dem der Rechenschaltung 101 mit einer zeitlichen Verzögerung folgt, die in etwa der Verzögerung der Lambdasonde 44 selbst entspricht.

In einem stationären Zustand des Motors heben sich die Beiträge der Rechenschaltung 101 und des Totzeitgliedes 102 gegenseitig auf. Im instationären Motorbetrieb hingegen kompensiert das Ausgangssignal des Totzeitgliedes 102 im wesentlichen das der Lambdasonde, und das berechnete Ausgangssignal der Rechenschaltung 101 bildet die Eingangsgröße für die Schaltung 46. Auf diese Weise erfolgt die Berechnung der Regeldifferenz mLsoll-mLber auch in dynamischen Motorbetriebsphasen annähernd korrekt.

Figur 11 zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, die sich von der in Figur 5 dargestellten im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Schaltung 46 durch eine Schaltung 111 ersetzt ist, die zwischen dem Ausgang des Kennfeldes 45 und dem Eingang der Steuerschaltung 51 angeordnet ist und einen erwarteten Wert des Luftverhältnisses #L,soli anhand verschiedener Eingangsgrößen berechnet. Die Eingangsgröße des PI-Reglers 53 der Steuerschaltung 51 hat somit die Bedeutung einer Luftverhältnisdifferenz, gebildet aus dem berechneten Luftverhältnis#soll und dem gemessenen Luftverhältnis A. Die Arbeitsweise der Steuerschaltung 51 unterscheidet sich deswegen aber nicht von der mit Bezug auf Figur 5 beschriebenen.

Auch für den Aufbau der Schaltung 111 sollen drei Beispiele mit Bezug auf Figur 12 angegeben werden. Figur 12a entspricht der Umkehrung der Vorgehensweise in Figur 9a. Aus den Größen mL, son und mE, son wird ,. son über eine einfache mathematische Beziehung ermittelt. Die Vor-und Nachteile dieser Lösung sind die gleichen wie im Falle von Figur 9a.

Die Variante von Figur 12b führt die Berechnung einer Einspritzmasse mEber anhand der Eingangsgrößen m, son. und m, kOrr aus und bestimmt das Soll-Luftverhältnis #soll anhand eines modifizierten Kennfeldes, das jeweils Sollwerte des Luftverhaltnisses als Funktionen der Einspritzmasse und der Motordrehzahl enthält. Dieser Ansatz führt- vergleichbar dem von Figur 9b-auch bei Einspritzmengenfehlern zu einer korrekten Bestimmung der Korrekturluftmasse m, korr. Das gleiche gilt für den Ansatz von Figur 12c.

Hier wird ein Kennfeld verwendet, das das Soll-Luftverhältnis #soll als Funktion der Frischluftmasse und der Motordrehzahl enthält, und die Frischluftmasse wird erhalten durch Addition von m,, son und mL,korr.

Auch bei den Ausgestaltungen der Figuren 11 und 12 ist eine prädiktive Regelung wie mit Bezug auf Figur 10 erläutert möglich, indem eine Rechenschaltung und ein Totzeitglied wie die Komponenten 101,102 aus Figur 10 an den Ausgang der Lambdasonde 44 angeschlossen werden.

Eine weitere Abwandlungsmöglichkeit ist, anstatt des Luftverhältnisses X das Äquivalentverhältnis (D = 1/k einzusetzen. Vorteile ergeben sich hierdurch hauptsächlich in der Behandlung des eingeschränkteren Wertebereiches von C, der sich zwischen 0 und 1 befindet, wohingegen X definitionsgemäß 0 bis unendlich betragen kann und daher vor allem bei großen Werten Berechnungsprobleme bereitet. Durch die Umstellung auf# konnte zusätzlich ein geringfügig gutmütigeres Regelverhalten beobachtet werden.

Statt der direkten Vorgabe eines Luftmassensollwertes mL,soll über ein Kennfeld kann ebenfalls die Größe X oder als Kennfeldvorgabe dienen. Die Umrechnung in n\. so erfolgt dann gemäß der Gleichung : LMin###mM,sollmL,soll= beziehungsweise LMin#1/##mE,sollmL.soll= mit Lmin als stöchiometrisches Luftverhältnis (Lmin=14, 5 für Diesel) und der Einspritzsollmenge mye soll# Die Umstellung auf X oder bietet Potential für eine Applikationserleichterung und ist zudem die eigentliche Wunschgröße für die Abgasrück- führregelung.