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EP1186765A2 - Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bei einem Regenerationszyklus - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bei einem Regenerationszyklus Download PDF

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Publication number
EP1186765A2
EP1186765A2 EP01118933A EP01118933A EP1186765A2 EP 1186765 A2 EP1186765 A2 EP 1186765A2 EP 01118933 A EP01118933 A EP 01118933A EP 01118933 A EP01118933 A EP 01118933A EP 1186765 A2 EP1186765 A2 EP 1186765A2
Authority
EP
European Patent Office
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value
speed
determined
driver
determining
Prior art date
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EP01118933A
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English (en)
French (fr)
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EP1186765A3 (de
EP1186765B1 (de
Inventor
Gerhard Kemethofer
Wolfgang Mattes
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Publication of EP1186765A2 publication Critical patent/EP1186765A2/de
Publication of EP1186765A3 publication Critical patent/EP1186765A3/de
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Publication of EP1186765B1 publication Critical patent/EP1186765B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, the predominantly in an operating mode with a lean air-fuel mixture, for Regeneration of its storage catalytic converter, however, cyclically with a rich air-fuel mixture is operated.
  • a three-way catalytic converter for exhaust gas purification is not suitable for lean-burn internal combustion engines ( ⁇ >> 1), especially in stratified operation.
  • ⁇ >> 1 the necessary nitrogen oxide reduction can be achieved by means of a so-called NO x storage catalytic converter.
  • Such catalysts have to be cleaned cyclically in a so-called regeneration phase from the pollutants contained and stored therein. In these regeneration phases, the internal combustion engine is operated briefly with a rich air-fuel ratio ( ⁇ ⁇ 1).
  • the change between the two operating modes “lean” and “rich” has one Efficiency change in the engine. Because to avoid a excessive deterioration in consumption or deterioration of emission data, the periods for the "rich” operation of the internal combustion engine and the Transition times should be as short as possible, with previous systems Compromise in comfort come, which is particularly in the form of discontinuities in the Show engine torque curve. Conventionally, during the switching phases control procedures between the different operating modes used, which in the absence of torque sensors on map and Support arithmetic variables. However, these methods are highly opposed Disturbances sensitive.
  • the object of the present invention is to provide a method for controlling a Specify internal combustion engine, with the loss of comfort due to Efficiency change when switching from an operating mode with a lean Air-fuel mixture in operation with a rich air-fuel mixture be avoided.
  • the speed setpoint curve becomes the actual speed actual value compared, and a correction value is generated such that at a changed injection quantity or air mass a speed according to the Set the speed setpoint curve.
  • the manipulated variables in this control procedure are the amount of fuel and / or the amount of air.
  • the present invention provides a so-called "closed loop" control possible with the precise adjustment of the speed to a speed setpoint curve Avoid loss of comfort. It has an advantageous effect that speed sensors generally work quite reliably. Moreover, are they usually exist in the vehicle. So there are no additional costs, such as this would be necessary in the case of a lambda control, for example requires an additional lambda sensor in front of the catalytic converters.
  • the driver's request is at least met the accelerator pedal actuation.
  • other parameters can also be used be used be used to provide information about the driver's request, such as for example downshifts in the transmission gear.
  • a simple embodiment of the invention is characterized in that the Speed setpoint is read from a characteristic or a map in which the data are given at least as a function of the driver's request. Based on the driver's request, you may get in Dependence on other additional conditions, the speed setpoint curve to be regulated.
  • a special embodiment is characterized in that the controller as so-called PI controller is formed, i.e. with a proportional and an integral element, whose output values indicate the correction variable.
  • a correction quantity is determined in such a way that it simply a normal value for the injection quantity and / or a normal value for the air mass has to be added.
  • the normal operation is the lean Operation designated. This means that the correction value is precisely that in rich operation changing amount of fuel or air.
  • a pilot control can also be carried out in which a Pre-control value is determined, which is the normal value for the injection quantity and / or the target air mass is added during the transition of the operating modes. A control delay can thus be avoided.
  • the control which is symbolically indicated by the dashed box 58 is a regeneration signal R, an actual speed signal n and a signal that denotes the fuel quantity KM.
  • the Regeneration signal R indicates the presence of a regeneration phase. From the two variables speed n and fuel quantity KM is via a map 50, the the aforementioned variables are made available as input variables Correction value for rich operation determined. This correction value represents a amount of fuel added to the cylinders in addition to that of the normal Allotted fuel quantity is supplied to lean operation.
  • a regeneration signal R is present at a switch 54 either a zero signal 52 or the correction signal to the output of the Switch 54 forwarded. With this output signal is in an adder 56 the setpoint for normal operation is changed. Then one gets from the adder the corrected fuel injection value with which the internal combustion engine in the rich operating mode.
  • FIG. 1 A control method according to the present invention is shown in FIG. 1.
  • the controller is there also shown as a dashed box and with the reference number 10 characterized.
  • the controller 10 receives this as input variables Regeneration signal R and an actual speed value n.
  • the controller receives 10 shows information about the driver's request FW, which in the present case consists of the Accelerator pedal actuation is determined. Procedures for this are state of the art Technology known.
  • a map is created 12 a speed setpoint is read out. From this speed setpoint, the actual speed actual value n is subtracted, resulting in a Differential speed leads.
  • This differential speed becomes an input of a Switch 18 supplied.
  • At the other input of the switch 18 is - how in the embodiment from the prior art according to FIG. 2 - a zero signal 16 on.
  • the switch 18 switches one of the two inputs on its output. If there is a regeneration cycle, then the differential speed switched through. This information is now the entrance a proportional element 20 and an integral element 22, whose Output signals in turn are fed to a summer 24. In the summer 24 results in a correcting manipulated variable with which in a further totalizer 26 the target value of the air quantity or the fuel quantity is corrected. this leads to to the corresponding setpoint for the rich operating mode.
  • a pilot control value for rich operation is a summator in FIG. 1 28 fed so that the transition phase between the two modes Lean and rich can be compensated for without a control delay.
  • the present control method ensures - and this is also shown in the various FIG. 3 - that a constant engine torque can be achieved due to the regulated engine speed n engine .
  • the engine variables occurring during the various operating phases are air mass (FIG. 3a), fuel quantity (FIG. 3b), ⁇ value (FIG. 3c), engine speed (FIG. 3d) and engine torque (FIG. 3e) shown.
  • FIGS. 3a to 3e the engine variables occurring during the various operating phases are air mass (FIG. 3a), fuel quantity (FIG. 3b), ⁇ value (FIG. 3c), engine speed (FIG. 3d) and engine torque (FIG. 3e) shown.
  • FIGS. 3a to 3e the engine variables occurring during the various operating phases are air mass (FIG. 3a), fuel quantity (FIG. 3b), ⁇ value (FIG. 3c), engine speed (FIG. 3d) and engine torque (FIG. 3e) shown.
  • FIGS. 3a to 3e the engine variables

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors der überwiegend in einer Betriebsart mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ>>1), zur Regeneration seines Speicherkatalysators jedoch zyklisch mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ<1) betrieben wird. Zur Vermeidung von Komforteinbußen infolge der Wirkungsgradänderung beim Umschalten von der Betriebsart mit magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch in diejenige mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch wird vorgeschlagen, einen Fahrerwunsch zu ermitteln, einen Drehzahl-Sollwert aus dem Fahrerwunsch zu generieren, einen Drehzahl-lstwert zu bestimmen, eine Differenzdrehzahl aus dem Drehzahl-Sollwert und dem Drehzahl-Istwert zu ermitteln, eine Korrekturgröße in Abhängigkeit von der Differenzdrehzahl zu ermitteln und einen Wert für die Einspritzmenge und/oder die Luftmasse in Abhängigkeit von der Korrekturgröße zu ermitteln. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der überwiegend in einer Betriebsart mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch, zur Regeneration seines Speicherkatalysators jedoch zyklisch mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird.
Für mager betriebene Verbrennungskraftmaschinen (λ>>1), insbesondere im geschichteten Betrieb, ist ein Dreiwegekatalysator zur Abgasreinigung nicht geeignet. Bekannterweise kann man die notwendige Stickoxidreduktion mittels eines sog. NOx-Speicherkatalysators erreichen. Solche Katalysatoren müssen zyklisch in einer sog. Regenerierungsphase von den darin aufgenommenen und gespeicherten Schadstoffen gereinigt werden. In diesen Regenerierungsphasen wird der Verbrennungsmotor kurzzeitig mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis (λ <1) betrieben.
Der Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten "Mager" und "Fett" hat jedoch eine Wirkungsgradänderung des Motors zur Folge. Da zur Vermeidung einer übermäßigen Verbrauchsverschlechterung bzw. Verschlechterung von Emissionsdaten, die Perioden für den "fetten" Betrieb der Brennkraftmaschine sowie die Übergangszeiten möglichst kurz sein sollen, kann es bei bisherigen Systemen zu Komforteinbußen kommen, die sich insbesondere in Form von Unstetigkeiten im Motormomentenverlauf zeigen. Herkömmlicherweise werden während der Umschaltphasen zwischen den verschiedenen Betriebsarten Steuerungsverfahren verwendet, die sich in Ermangelung von Momentensensoren auf Kennfeld- und Rechengrößen stützen. Diese Verfahren sind jedoch in hohem Masse gegen Störgrößen empfindlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem Komforteinbußen infolge der Wirkungsgradänderung beim Umschalten von einer Betriebsart mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Betrieb mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Motordrehzahl im Fettbetrieb als Regelgröße zu verwenden. Dafür ist es notwendig, aus dem Fahrerwunsch zunächst einen Drehzahl-Sollwertverlauf abzuleiten. Dieser Drehzahl- Sollwertverlauf dient als Führungsgröße.
Der Drehzahl-Sollwertverlauf wird mit dem tatsächlichen Drehzahl-Istwert verglichen, und es wird ein Korrekturwert derart erzeugt, dass bei einer damit geänderten Einspritzmenge oder Luftmasse sich eine Drehzahl gemäß dem Drehzahl-Sollwertverlauf einstellt. Die Stellgrößen bei diesem Regelungsverfahren sind also die Kraftstoffmenge und/oder die Luftmenge. Als Stellglieder dienen die Kraftstoffeinspritzanlage und/oder eine Ansaugdrosselklappe bzw. ein Abgasrückführventil.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine sogenannte "Closed-Loop"-Regelung möglich, mit der sich durch genaue Einregelung der Drehzahl auf einen Drehzahl-Sollwertverlauf Komforteinbußen vermeiden lassen. Als vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass Drehzahlsensoren in der Regel recht zuverlässig arbeiten. Überdies sind sie meist im Fahrzeug vorhanden. Damit fallen keine zusätzlichen Kosten an, wie dies beispielsweise bei einer Lambda-Regelung notwendig wäre, die einen zusätzlichen Lambda-Sensor vor den Katalysatoren erfordert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Fahrerwunsch zumindest aus der Fahrpedalbetätigung ermittelt. Natürlich können auch andere Parameter herangezogen werden, die über den Fahrerwunsch Aufschluß geben, wie beispielsweise Rückschaltvorgänge beim Übersetzungsgetriebe.
Eine einfache Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahl-Sollwert aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld ausgelesen wird, in dem die Daten zumindest in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch angegeben sind. Aufgrund des vorliegenden Fahrerwunsches erhält man somit, möglicherweise in Abhängigkeit von anderen Zusatzbedingungen, den einzuregelnden Drehzahl-Sollwertverlauf.
Eine besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regler als sog. Pl-Regler ausgebildet ist, also mit einem Proportional- und einem Integralglied, deren Ausgangswerte die Korrekturgröße angeben.
In einer einfachen Ausführungsform wird eine Korrekturgröße so bestimmt, dass sie einfach einem Normalwert für die Einspritzmenge und/oder einem Normalwert für die Luftmasse hinzuaddiert werden muss. Als Normalbetrieb ist dabei der magere Betrieb bezeichnet. Damit gibt die Korrekturgröße gerade den im fetten Betrieb sich verändernden Kraftstoff- oder Luftanfall an.
Um insbesondere den Übergang von der mageren Betriebsphase in den fetten Betrieb ohne Unstetigkeiten im Momenten- oder Drehzahlverlauf realisieren zu können, kann zudem eine Vorsteuerung durchgeführt werden, bei der ein Vorsteuerwert bestimmt wird, der zu dem Normalwert für die Einspritzmenge und/oder die Sollluftmasse beim Übergang der Betriebsarten hinzugefügt wird. Damit lässt sich eine Regelverzögerung vermeiden.
Weitere Vorteile und Merkmale sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1
ein Regeldiagramm für ein Regelverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2
ein Diagramm, welches eine Steuerung gemäß dem Stand der Technik darstellt und
Fig. 3a bis 3e
Diagramme, welche die Luftmasse, den Kraftstoff, den λ-Wert, die Motordrehzahl und das Motormoment über einen bestimmten zeitlichen Verlauf zeigen.
Zunächst wird das Steuerverfahren gemäß dem Stand der Technik, welches in Figur 2 dargestellt ist, erläutert.
Die Steuerung, welche symbolhaft durch das strichlinierte Kästchen 58 angegeben ist, umfasst als Eingangsgrößen ein Regenerationssignal R, ein Drehzahl-Ist-Signal n sowie ein Signal, welches die Kraftstoffmenge KM bezeichnet. Das Regenerationssignal R gibt das Vorliegen einer Regenerationsphase an. Aus den beiden Größen Drehzahl n und Kraftstoffmenge KM wird über ein Kennfeld 50, dem die vorgenannten Größen als Eingangsgrößen zur Verfügung gestellt werden, ein Korrekturwert für den Fettbetrieb ermittelt. Dieser Korrekturwert stellt eine zusätzliche Kraftstoffmenge dar, die den Zylindern zusätzlich zu der beim normalen mageren Betrieb zugeteilten Kraftstoffmenge zugeführt wird.
Je nachdem, ob ein Regenerationssignal R an einem Umschalter 54 anliegt, wird entweder ein Nullsignal 52 oder das Korrektursignal an den Ausgang des Umschalters 54 weitergeleitet. Mit diesem Ausgangssignal wird in einem Addierer 56 der Sollwert für den Normalbetrieb verändert. Aus dem Addierer erhält man dann den korrigierten Kraftstoffeinspritzwert, mit dem der Verbrennungsmotor in der fetten Betriebsart gefahren wird.
Liegt dagegen kein Regenerationssignal R am Umschalter 54 an, so befindet sich das Fahrzeug nicht in einer Regenerationsphase und am Ausgang des Addierers 56 liegt der Kraftstoffeinspritzwert für den normalen mageren Betrieb an.
Dieses Steuerfahren ist jedoch empfindlich gegenüber Störgrößen, so dass Unstetigkeiten im Motormomentenverlauf auftreten können.
Ein Regelverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Dieses Verfahren ermöglicht eine "Closed-Looping"-Regelung. Der Regler ist dabei ebenfalls als strichliniertes Kästchen dargestellt und mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Der Regler 10 erhält als Eingangsgrößen wiederum das Regenerationssignal R sowie einen Drehzahl-Istwert n. Zusätzlich erhält der Regler 10 eine Information über den Fahrerwunsch FW, welcher vorliegend aus der Fahrpedalbetätigung ermittelt wird. Verfahren dafür sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aufgrund des Fahrerwunsch-Signals FW wird aus einem Kennfeld 12 ein Drehzahl-Sollwert ausgelesen. Von diesem Drehzahl-Sollwert wird der tatsächlich vorliegende Drehzahl-Istwert n abgezogen, was zu einer Differenzdrehzahl führt. Diese Differenzdrehzahl wird einem Eingang eines Umschalters 18 zugeführt. An dem anderen Eingang des Umschalters 18 liegt - wie beim Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 2 - ein Nullsignal 16 an.
Abhängig von dem Regenerationssignal R schaltet der Umschalter 18 einen der beiden Eingänge auf seinen Ausgang. Liegt ein Regenerationszyklus vor, so wird die Differenzdrehzahl durchgeschaltet. Diese Information wird nun dem Eingang eines Proportionalgliedes 20 sowie eines Integralgliedes 22 zugeführt, deren Ausgangssignale wiederum einem Summierer 24 zugeleitet werden. Im Summierer 24 ergibt sich damit eine Korrekturstellgröße, mit der in einem weiteren Summierer 26 der Sollwert der Luftmenge oder der Kraftstoffmenge korrigiert wird. Dies führt zu dem entsprechenden Sollwert für die fette Betriebsart.
Zusätzlich ist in Fig. 1 noch ein Vorsteuerwert für den Fettbetrieb einem Summierer 28 zugeführt, so dass die Übergangsphase zwischen den beiden Betriebsarten mager und fett ohne Regelungsverzögerung kompensiert werden kann.
Insgesamt stellt das vorliegende Regelverfahren sicher - und dies ist in den verschiedenen Fig. 3 auch dargestellt -, dass aufgrund der eingeregelten Motordrehzahl nMotor ein stetiges Motormoment realisierbar ist. In den Figuren 3a bis 3e sind die während den verschiedenen Betriebsphasen auftretenden Motorgrößen Luftmasse (Fig. 3a), Kraftstoffmenge (Fig. 3b), λ-Wert (Fig. 3c), Motordrehzahl (Fig. 3d) und Motormoment (Fig. 3e) dargestellt. In den Figuren 3 ist zu erkennen, wie sich die Luft- und Kraftstoffdaten während der Regenerationsphasen RP bei einem Konstantbetrieb sowie bei einem Betrieb mit geringer Lastanforderung verändern. Aufgrund der erfindungsgemäßen Steuerung tritt jedoch keine Veränderung in der Motordrehzahl nMotor auf, was insgesamt zu einem stetigen Motormoment MMotor führt. Dies bedeutet, dass keine Komforteinbußen beim Übergang zwischen den einzelnen Betriebsarten hinzunehmen sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors der überwiegend in einer Betriebsart mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ>>1), zur Regeneration seines Speicherkatalysators jedoch zyklisch mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch (λ<1) betrieben wird, bei dem im Regenerationsbetrieb folgende Schritte durchgeführt werden:
    Ermitteln eines Fahrerwunsches,
    Ermitteln eines Drehzahl-Sollwertes aus dem Fahrerwunsch,
    Ermitteln eines Drehzahl-Istwertes,
    Bestimmen einer Differenzdrehzahl aus dem Drehzahl-Sollwert und dem Drehzahl-Istwert,
    Bestimmen einer Korrekturgröße in Abhängigkeit von der Differenzdrehzahl,
    Korrigieren eines Wertes für die Einspritzmenge und/oder die Luftmasse in Abhängigkeit von der Korrekturgröße.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrerwunsch zumindest aus der Fahrpedalbetätigung ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahl-Sollwert aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld ausgelesen wird, die bzw. das als Eingangsgröße zumindest den Fahrerwunsch enthält.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße als Ausgangswert eines Proportional- und/oder Integralgliedes bestimmt ist, denen als Eingangswert die Differenzdrehzahl zur Verfügung gestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße als Summe der Ausgangswerte des Proportional- und Integralgliedes bestimmt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße zu einem Normalwert für die Einspritzmenge und/oder die Sollluftmasse addiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorsteuerwert bestimmt wird, der zu Beginn der Regenerationsphase zum Normalwert für die Einspritzmenge und/oder die Sollluftmasse addiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahldifferenz als Eingangssignal einem Umschalter zugeführt wird, an dessen anderen Eingang ein Nullsignal anliegt und dass der Schaltzustand in Abhängigkeit von einer Information über eine stattfindende Regeneration bestimmt wird.
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