DE10035238A1

DE10035238A1 - Fuel and air quantity regulator for internal combustion engine, periodically determines volume of oxygen included in exhaust gas to regulate the feeding of combustion air and/or fuel to the motor

Info

Publication number: DE10035238A1
Application number: DE2000135238
Authority: DE
Inventors: Gottfried Wollenhaupt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2002-01-31

Abstract

The increase and sudden shortage in the volume of oxygen included in the exhaust gas is periodically determined to regulate the feeding of combustion air and/or fuel to the motor. This way, the difference between the maximum and minimum oxygen volume threshold values will be kept at a desired level.

Description

Die Erfindung betrifft die Kraftstoff-Luft-Mengenregelung einer Brennkraftmaschine, deren Abgasstrang einen schädliche bzw. giftige Abgaskomponenten in ungiftige Gase konvertierenden Katalysator mit begrenzter Kapazität zur Aufnahme von Sauerstoff bei Betrieb des Motors mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. zur Abgabe von Sauerstoff bei Betrieb des Motors mit fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch aufweist.The invention relates to the fuel-air quantity control an internal combustion engine, the exhaust system of which is harmful or toxic exhaust gas components in non-toxic gases converting catalyst with limited capacity for Intake of oxygen when the engine is operated with a lean engine Fuel-air mixture or to deliver oxygen Operation of the engine with a rich fuel-air mixture having.

Im Abgasstrang der Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sind heute regelmäßig Katalysatoren angeordnet, um schädliche bzw. giftige Abgaskomponenten in ungiftige Gase konvertieren zu können. Für eine optimale Wirkung des Katalysators ist es notwendig, den Sauerstoffgehalt der Abgase des Motors nahe eines optimalen Wertes zu halten. Bei derzeitigen Katalysatoren ist dies gleichbedeutend damit, daß der λ-Wert der Abgase etwa das Maß 1hat. Um dies zu erreichen, werden die dem Motor zugeführten Mengen der Verbrennungsluft sowie des in den Motor eingespritzten Kraftstoffes entsprechend gesteuert bzw. geregelt. In diesem Zusammenhang wird in der DE 40 00 616 A1 vorgeschlagen, das Verhältnis zwischen dem Motor zugeführter Verbrennungsluft und in den Motor eingespritztem Kraftstoff so zu regeln, daß sich innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein λ-Mittelwert nahe eines vorgegebenen Soll-Wertes (= 1) einstellt.In the exhaust system of the internal combustion engines of motor vehicles Today, catalysts are regularly arranged to be harmful or convert toxic exhaust gas components into non-toxic gases to be able to. It is for an optimal effect of the catalyst necessary to close the oxygen content of the exhaust gases of the engine of an optimal value. At current This is equivalent to catalysts that the λ value the exhaust gas is approximately 1. To accomplish this the quantities of combustion air supplied to the engine and of the fuel injected into the engine controlled or regulated. In this context, the DE 40 00 616 A1 proposed the relationship between the Combustion air supplied to the engine and into the engine to control injected fuel so that it is inside a λ mean close to a given time span set target value (= 1).

Auf diese Weise soll berücksichtigt werden, daß der Konvertierungsgrad des Katalysators von dem zur Verfügung stehenden Sauerstoffanteil im Abgas abhängig ist und auch von dem Sauerstoff beeinflußt wird, welcher aufgrund einer gegebenenfalls erfolgten Speicherung von Sauerstoff im Katalysator vom Katalysator abgegeben wird.In this way it should be borne in mind that the Degree of conversion of the catalyst available from the standing oxygen content in the exhaust gas is also dependent on the oxygen is affected, which due to a where appropriate, storage of oxygen in the Catalyst is released from the catalyst.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Wirkungsweise, das heißt den Konvertierungsgrad, des Katalysators noch weiter zu optimieren.The object of the invention is now the mode of operation, that is the degree of conversion, the catalyst even further optimize.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Differenz zwischen Sauerstoff-Überschußmengen und Sauerstoff- Fehlmengen des Abgases ermittelt und dem Motor Verbrennungsluft und/oder Kraftstoff derart gesteuert zugeführt wird, daß die Differenz der vorgenannten Mengen zwischen einem oberen und einem unteren Schwellwert bzw. zwischen einem Schwellwert für maximale Überschußmenge und einem Schwellwert für maximale Fehlmenge bleibt.This object is achieved in that a Difference between excess oxygen and oxygen Exhaust gas shortages determined and the engine Combustion air and / or fuel controlled in this way is fed that the difference of the aforementioned amounts between an upper and a lower threshold value or between a threshold for maximum excess amount and remains a threshold for maximum shortage.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die mengenmäßige Beladung des Katalysators mit Sauerstoff zu erfassen und innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches zu halten. Dies ist gleichbedeutend damit, daß abweichend vom Stand der Technik nicht nur der λ-Wert der Abgase sondern auch die Abgasmengen bzw. die Stromstärke der Abgase berücksichtigt werden, um die Füllung des Katalysators mit Sauerstoff zu erfassen. Auf diese Weise läßt sich einerseits, die Speicherfähigkeit des Katalysators für Sauerstoff ausnutzen und andererseits gewährleisten, daß hinter dem Katalysator nur unschädliche bzw. ungiftige Abgasbestandteile vorliegen.The invention is based on the general idea that quantitative loading of the catalyst with oxygen capture and within a specified tolerance range hold. This is equivalent to the fact that different from State of the art not only the λ value of the exhaust gases but also the exhaust gas quantities or the current strength of the exhaust gases are taken into account to fill the catalyst with oxygen to capture. In this way, on the one hand, the Use the storage capacity of the catalyst for oxygen and on the other hand ensure that only behind the catalyst harmless or non-toxic exhaust gas components are present.

Die Erfindung läßt sich in sehr leichter Weise ausführen.The invention can be carried out very easily.

Im wesentlichen genügt es, zumindest näherungsweise ein Zeitintegral eines Produktes aus Strömung der Verbrennungsluft und positiver bzw. negativer Abweichung des λ-Ist-Wertes vom λ- Soll-Wert zu bilden und die Verbrennungsluft sowie die Einspritzmengen des Kraftstoffes für den Motor so zu steuern, daß das Zeitintegral zwischen den Schwellwerten bleibt. Essentially, it is sufficient, at least approximately Time integral of a product from the flow of combustion air and positive or negative deviation of the actual λ value from the λ- To form the target value and the combustion air as well To control the amount of fuel injected into the engine that the time integral remains between the threshold values.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann der λ-Ist-Wert der Abgase vor dem Katalysator durch Erfassung der dem Motor zugeführten Luft- und Kraftstoffmengen und/oder durch eine vor dem Katalysator angeordnete Meßsonde ermittelt werden.According to an expedient embodiment of the invention the λ actual value of the exhaust gases upstream of the catalytic converter by detection the air and fuel quantities supplied to the engine and / or determined by a measuring probe arranged in front of the catalyst become.

Die Berechnung des λ-Ist-Wertes erfolgt vorzugsweise während einer Startphase des Verbrennungsmotors bzw. der Meßsonde. Nach Abschluß der Startphase werden dann anstelle der berechneten λ-Ist-Werte die gemessenen Ist-Werte ausgewertet.The λ actual value is preferably calculated during a start phase of the internal combustion engine or the measuring probe. At the end of the start phase, instead of the calculated λ actual values, the measured actual values are evaluated.

Gleichwohl kann die Berechnung der Ist-Werte weiterhin durchgeführt werden, um Abweichungen zwischen den gemessenen und den berechneten Werten zu erfassen und eine die berechneten Werte an die Messwerte angleichende Korrektur zu ermitteln, welche dann bei einer späteren Startphase automatisch bei der Berechnung der λ-Ist-Werte berücksichtigt wird. Damit kann der Sauerstoffgehalt der Abgase auch dann sehr genau ermittelt werden, wenn die optimalen Betriebsparameter für die Meßsonde nach nicht erreicht und dementsprechend die von der Meßsonde gelieferten Meßsignale noch unzuverlässig sind.Nevertheless, the calculation of the actual values can continue be carried out to measure deviations between the measured and capture the calculated values and a the calculated values to correct the measured values determine which then at a later start phase automatically taken into account when calculating the λ actual values becomes. This means that the oxygen content of the exhaust gases can also can be determined very precisely if the optimal Operating parameters for the measuring probe not reached after and accordingly the measuring signals supplied by the measuring probe are still unreliable.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hinter dem Katalysator eine bzw. eine weitere Meßsonde angeordnet, um die Qualität der in die Atmosphäre abgeführten Abgase unmittelbar ermitteln zu können und die oben genannten Schwellwerte aneinander anzunähern, wenn von der letztgenannten Meßsonde gelieferte λ-Meßwerte außerhalb eines Toleranzbereiches liegen.In a particularly preferred embodiment of the invention is one or another measuring probe behind the catalytic converter arranged to the quality of the discharged into the atmosphere Exhaust gases can be determined directly and the above Converge thresholds when of the last-mentioned measuring probe delivered λ measured values outside of a Tolerance range.

Auf diese Weise erfolgt automatisch eine Adaption der Motorsteuerung an die mit zunehmendem Alter des Katalysators abnehmende Speicherfähigkeit für Sauerstoff. This automatically adapts the Engine control to the increasing age of the catalyst decreasing storage capacity for oxygen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterungen der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.Otherwise, the preferred features of the Invention on the claims and the following Explanations of the drawing referenced the one particularly preferred embodiment of the invention is described.

Dabei zeigt die einzige Figur eine schaltplanartige Darstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Luft-Mengenregelung einer Brennkraftmaschine.The only figure shows a circuit diagram representation of the invention Fuel-air quantity control of an internal combustion engine.

Gemäß der Zeichnung wird einem Verbrennungsmotor 1 über einen Luftmengenmesser 2 Verbrennungsluft und über eine Einspritzanlage 3 Kraftstoff zugeführt. Die beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 entstehenden Abgase strömen über eine erste λ-Sonde 4, einen Katalysator 5 sowie eine zweite λ-Sonde 6 in die Atmosphäre. Zur Erfassung seiner Drehzahlen ist dem Verbrennungsmotor 1 ein Drehzahlgeber 7 zugeordnet.According to the drawing, combustion air is supplied to an internal combustion engine 1 via an air flow meter 2 and fuel via an injection system 3 . The exhaust gases generated during operation of the internal combustion engine 1 flow into the atmosphere via a first λ probe 4 , a catalytic converter 5 and a second λ probe 6 . A speed sensor 7 is assigned to the internal combustion engine 1 to detect its speeds.

Die Signale des Luftmengenmessers 2 werden einerseits einer Vorsteuerung 8 der Einspritzanlage 3 und andererseits einem ersten Rechnerkreis 9 sowie einem weiteten Rechnerkreis 10 zugeführt.The signals from the air flow meter 2 are fed to a pilot control 8 of the injection system 3 on the one hand and to a first computer circuit 9 and a further computer circuit 10 on the other hand.

Die Vorsteuerung 8 ist ausgangsseitig mit einem Eingang eines Summierers 11 verbunden, der über einen weiteren Eingang an den Ausgang eines Proportional-Integral-Reglers 12 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist der Summierer 11 mit dem Rechnerkreis 9 sowie mit einem Steuereingang der Einspritzanlage 3 verbunden.The pilot control 8 is connected on the output side to an input of a summer 11 , which is connected via a further input to the output of a proportional-integral controller 12 . On the output side, the summer 11 is connected to the computer circuit 9 and to a control input of the injection system 3 .

Der Drehzahlgeber 7 ist einerseits mit einem Eingang des Rechnerkreises 9 und andererseits mit einem Eingang des Reglers 12 gekoppelt.The speed sensor 7 is coupled on the one hand to an input of the computer circuit 9 and on the other hand to an input of the controller 12 .

Die λ-Sonde 4 ist an einen weiteren Eingang des Rechnerkreises 9 angeschlossen. Dieser ist ausgangsseitig mit einem Eingang des Rechnerkreises 10 sowie einem Eingang eines Summierers 13 verbunden.The λ probe 4 is connected to a further input of the computer circuit 9 . This is connected on the output side to an input of the computer circuit 10 and to an input of a summer 13 .

Die λ-Sonde 4 ist mit einem weiteren Eingang des Rechnerkreises 10 verbunden. Deren Ausgang führt zu einem weiteren Eingang des Reglers 12.The λ probe 4 is connected to a further input of the computer circuit 10 . Its output leads to a further input of the controller 12 .

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Beim Betrieb des Motors 1 wird die für jeden Verbrennungstakt vorgesehene Menge des über die Einspritzanlage 3 eingespritzten Kraftstoffes durch das vom Summierer 11 abgegebene Ausgangssignal bestimmt, welches seinerseits durch das den Zustrom der Verbrennungsluft wiedergebende Ausgangssignal der Vorsteuerung 8 sowie das Ausgangssignal des Reglers 12 bestimmt wird.The device shown works as follows:
When the engine 1 is operating, the quantity of fuel injected via the injection system 3 for each combustion cycle is determined by the output signal output by the summer 11 , which in turn is determined by the output signal of the pilot control 8 , which represents the inflow of combustion air, and the output signal of the controller 12 .

Der Ist-Wert des λ-Verhältnisses der Abgase des Motors 1 wird von der λ-Sonde 4 erfaßt und bei Normalbetrieb unverändert vom Rechnerkreis 9 an den Summierer 13 weitergeleitet. Allerdings braucht die Sonde 4 nach dem Start des Motors 1 regelmäßig eine gewisse Zeit, bis reproduzierbare Signale erzeugt werden können. Innerhalb dieser Zeitspanne kann der Rechnerkreis 9 den λ-Ist-Wert zumindest näherungsweise rechnerisch ermitteln aus der vom Luftmengenmesser 2 erfaßten Strömung der Verbrennungsluft, dem die Einspritzmengen wiedergebenden Ausgangssignal des Summierers 11 sowie der vom Drehzahlgeber 7 erfaßten Drehzahl des Motors 1. Solange also die Sonde 4 noch nicht vollständig betriebsbereit ist, gibt der Rechnerkreis 9 an seinem Ausgang ein das Ausgangssignal der Sonde 4 ersetzendes, errechnetes Signal ab, nach Erreichung der Betriebsbereitschaft der Sonde 4 wird deren Signal an den Ausgang des Rechnerkreises 9 gegeben.The actual value of the λ ratio of the exhaust gases of the engine 1 is detected by the λ probe 4 and passed on unchanged from the computer circuit 9 to the summer 13 in normal operation. However, after starting the engine 1 , the probe 4 regularly takes a certain amount of time before reproducible signals can be generated. Within this period of time, the computer circuit 9 can determine the actual λ value at least approximately arithmetically from the flow of combustion air detected by the air flow meter 2 , the output signal of the summer 11 reflecting the injection quantities and the speed of the engine 1 detected by the speed sensor 7 . So long as the probe 4 is not yet fully operational, the computer circuit 9 outputs at its output a calculated signal to replace the output signal of the probe 4 ; after the probe 4 is ready for operation, its signal is sent to the output of the computer circuit 9 .

Gleichwohl wird weiterhin ein Ersatzsignal berechnet und mit dem Signal der Sonde 4 verglichen. Entsprechend der Abweichung zwischen den Signalen wird eine Korrektur bestimmt, die dann bei nachfolgenden Berechnungen des Ersatzsignales berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, daß das vom Rechnerkreis 9 erzeugte Ersatzsignal den Ist-Wert des λ-Verhältnisses der Abgase im wesentlichen realistisch wiedergibt.Nevertheless, an equivalent signal is still calculated and compared with the signal from probe 4 . A correction is determined in accordance with the deviation between the signals, which correction is then taken into account in subsequent calculations of the replacement signal. In this way it can be ensured that the substitute signal generated by the computer circuit 9 essentially realistically reproduces the actual value of the λ ratio of the exhaust gases.

Im Summierer 13 wird der λ-Ist-Wert, das heißt das Signal der Sonde 4 oder das Ersatzsignal des Rechnerkreises 9, mit einem Soll-Wert λ_Soll verglichen. Die Soll-Ist-Wert-Abweichung wird dem Regler 12 zugeführt, so daß dieser über den Summierer 11 sowie davon gesteuerte Einspritzanlage 3 die eingespritzte Kraftstoffmenge verändern kann, um die Regelabweichung auszugleichen. Zur Beschleunigung des Ausgleiches der Regelabweichung berücksichtigt der Regler 12 auch die vom Drehzahlgeber 7 erfaßten Drehzahlen des Motors 1.The λ actual value, that is to say the signal from the probe 4 or the replacement signal from the computer circuit 9 , is compared in the summer 13 with a target value λ _target . The setpoint-actual-value deviation is fed to the controller 12 so that the latter can change the injected fuel quantity via the summer 11 and the injection system 3 controlled thereby in order to compensate for the control deviation. To accelerate the compensation of the control deviation, the controller 12 also takes into account the speeds of the engine 1 detected by the speed sensor 7 .

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Rechnerkreis 10 ein Zeitintegral eines Produktes aus Strömung der Verbrennungsluft und positiver bzw. negativer Abweichung des λ-Ist-Wertes vom λ- Soll-Wert bilden kann. Dazu erhält der Rechnerkreis 10 die Luftmengensignale des Luftmengenmessers 2 sowie den λ-Ist-Wert, das heißt das Ausgangssignal der Sonde 4 oder das Ersatzsignal des Rechnerkreises 9, sowie den Soll-Wert λ_Soll.According to the invention, it is provided that the computer circuit 10 can form a time integral of a product of the flow of the combustion air and a positive or negative deviation of the actual λ value from the λ target value. For this purpose, the computer circuit 10 receives the air quantity signals of the air quantity meter 2 and the actual λ value, that is to say the output signal of the probe 4 or the substitute signal of the computer circuit 9 , and the target value λ _target .

Des weiteren prüft der Rechnerkreis 10, ob dasvor genannte Integral, welches die Sauerstoff-Beladung des Katalysators 5 wiedergibt, zwischen einem Schwellwert für maximale Säuerstoff-Überschußmenge und einem Schwellwert für maximale Sauerstoff-Fehlmenge liegt. Werden diese Grenzwerte erreicht bzw. überschritten, gibt der Rechnerkreis 10 entsprechende Signale an den Regler 12, so daß dieser die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöhen oder vermindern kann, das heißt die Betriebsweise des Motors 1 in Richtung Fett- oder Magerbetriebes verschiebt.Furthermore, the computer circuit 10 checks whether the aforementioned integral, which represents the oxygen loading of the catalytic converter 5 , lies between a threshold value for the maximum amount of excess oxygen and a threshold value for the maximum oxygen deficiency. If these limit values are reached or exceeded, the computer circuit 10 sends corresponding signals to the controller 12 so that the latter can increase or decrease the amount of fuel injected, that is to say it shifts the operating mode of the engine 1 in the direction of rich or lean operation.

Mit der Abgassonde 6 wird der λ-Wert der an die Atmosphäre abgeführten Abgase erfaßt. Sollte dieser Wert, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vom Rechnerkreis 10 ausgewertet wird, außerhalb eines Toleranzbandes liegen, nähert der Rechnerkreis die vorgenannten Schwellwerte für maximale Sauerstoff-Überschußmengen und maximale Sauerstoff- Fehlmengen der Abgase aneinander an, so daß das Verhalten des Reglers 12 bei Erreichen bzw. Überschreiten entsprechend abgeänderter Schwellwerte vom Rechnerkreis 10 zur Erzielung eines verstärkten Mager- oder Fettbetriebes des Motors 1 verändert wird. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der Katalysator 5 aufgrund von Alterungsprozessen im Laufe der Zeit zunehmend weniger Sauerstoff zu speichern vermag.With the exhaust gas probe 6 , the λ value of the exhaust gases discharged to the atmosphere is detected. If this value, which is evaluated by the computer circuit 10 according to a preferred embodiment of the invention, lies outside a tolerance band, the computer circuit approximates the aforementioned threshold values for maximum excess oxygen quantities and maximum oxygen deficiency quantities of the exhaust gases, so that the behavior of the controller 12 when reaching or exceeding appropriately modified threshold values is changed by the computer circuit 10 to achieve increased lean or rich operation of the engine 1 . This takes into account the fact that the catalyst 5 is able to store less and less oxygen over time due to aging processes.

Claims

1. fuel-air quantity control of an internal combustion engine ( 1 ), the exhaust system of which is a harmful or toxic exhaust gas component into non-toxic gas-converting catalyst ( 5 ) with limited capacity for absorbing oxygen when the engine is operated with a lean fuel-air mixture or for Output of oxygen when operating the engine with a rich fuel-air mixture, characterized in that a difference between excess oxygen quantities and oxygen deficiencies in the exhaust gas is determined and combustion air and / or fuel is supplied to the engine in such a controlled manner that the difference in aforementioned quantities between an upper and a lower threshold value or a threshold value for maximum excess quantity and a threshold value for maximum shortfall remains.

2. Control according to claim 1, characterized in that the oxygen content of the exhaust gases is calculated by detecting air and fuel quantities supplied to the engine and / or by a measuring probe ( 4 ) arranged upstream of the catalytic converter.

3. Control according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst ( 5 ) is followed by a measuring probe and the threshold values are approximated when measured values supplied by the latter probe ( 6 ) lie outside a tolerance range.

4. Regulation according to one of claims 1 to 3, characterized, that the fuel and air quantities during stationary operation of the Motors are controlled so that the difference between Excess oxygen quantities and oxygen deficiency quantities of Exhaust gas closer to the threshold for the maximum oxygen Excess amount remains.

5. Regulation according to one of claims 1 to 4, characterized, that at least approximately a time integral of a product from the inflow of combustion air to the engine and positive or negative deviation of the actual value of the oxygen content of the Exhaust gases formed from the corresponding target value and so the engine is controlled that the time integral between the Threshold values for maximum oxygen excess and maximum oxygen shortage remains.

6. Regulation according to one of claims 1 to 5, characterized, that during a starting phase the upstream of the catalyst arranged measuring probe calculated and during further operation Measured values for the oxygen content of the exhaust gases are used become.

7. Regulation according to claim 6, characterized, that deviations between measured and calculated values and for future calculation one that adjusts the calculated values to the measured values Correction is determined.