DE102010028371A1 - Method for controlling exhaust emission of spark ignited Otto engine, involves obtaining modified lambda nominal value by nominal lambda reference value such that dynamic correction terms are added to nominal lambda reference value - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Abgasemission eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a method and a device for controlling the exhaust emission of an internal combustion engine.
Die Regelung des Lambda-Wertes im Abgas eines Verbrennungsmotors ist zum einen im Rahmen der generellen Regelung der Abgasemissionen, z. B. im Wege der Begrenzung der Rußerzeugung im Betrieb unter hoher Last, erforderlich. Zum anderen dient die Regelung des Lambda-Wertes im Abgas auch der Aufrechterhaltung der erforderlichen Leistungsfähigkeit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, etwa bei einem Betrieb eines Dreiwege-Katalysators in Verbindung mit einem Otto-Motor mit Fremdzündung, bei der Regelung des Betriebs eines NOx-Speicherkatalysators (LNT = ”Lean NOx Trap”) mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch oder bei einem thermischen Schutz einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bei der Rußverbrennung in einem Dieselpartikelfilter durch Verringerung des Sauerstoffgehaltes im Abgas zwecks Unterdrückung der exothermen Reaktion.The regulation of the lambda value in the exhaust gas of an internal combustion engine is on the one hand in the context of the general regulation of exhaust emissions, eg. B. by way of limiting the production of soot during operation under high load required. On the other hand, the regulation of the lambda value in the exhaust gas also serves to maintain the required performance of an exhaust aftertreatment device, such as when operating a three-way catalyst in conjunction with a gasoline engine with spark ignition, in the regulation of the operation of a NO x storage catalytic converter (LNT = "Lean NO x trap") with rich air-fuel mixture or thermal protection of an exhaust aftertreatment device during soot combustion in a diesel particulate filter by reducing the oxygen content in the exhaust to suppress the exothermic reaction.
Die Regelung des Lambda-Wertes kann dadurch erfolgen, dass eine ”Feedforward”-Vorkalibrierung eines speziellen Verbrennungsmodus für die Einstellungen des Luft-Kraftstoff-Pfades zur Erzielung des gewünschten Lambda-Wertes vorgenommen wird. Hierbei kann auch eine Rückführungsregelung (= ”Feedback-Regelung”) unter Verwendung des gemessenen Lambda-Wertes im Abgas zur weiteren Korrektur durchgeführt werden. Dabei kann die Regelung durch Einflußnahme auf den Kraftstoffpfad erfolgen, um Abweichungen des Lambda-Wertes entweder während transienter Betriebsphasen (unter Berücksichtigung der Luftpfad-Abweichung aufgrund der relativ geringen Ansprechgeschwindigkeit des Luftpfades im Vergleich zum Kraftstoffpfad) oder infolge herstellungsbedingter Schwankungen im Einspritzsystem (gegenüber der nominellen Einspritzklasse) oder eines Drifts des Einspritzsystems infolge Verschleiß oder Verstopfung der Einspritzdüsen zu korrigieren. Der Lambda-Wert im Abgas wird im Wesentlichen durch Einstellung des Kraftstoffpfades gesteuert, um während transienter Betriebsphasen ein schnelles Ansprechen auf Abweichungen im Luftpfad zu gewährleisten. Größere Abweichungen des Lambda-Wertes können allerdings auch durch Anpassung des Ansaufluftmassenstroms kompensiert werden.The regulation of the lambda value may be effected by performing a "feedforward" pre-calibration of a specific combustion mode for the settings of the air-fuel path to obtain the desired lambda value. Here, a feedback control (= "feedback control") using the measured lambda value in the exhaust gas for further correction can be performed. The control can take place by influencing the fuel path to deviations of the lambda value either during transient operating phases (taking into account the air path deviation due to the relatively low response speed of the air path compared to the fuel path) or due to production-related fluctuations in the injection system (compared to the nominal Injection class) or drift of the injection system due to wear or clogging of the injectors. The lambda value in the exhaust gas is controlled essentially by adjusting the fuel path to ensure a fast response to deviations in the air path during transient operating phases. However, larger deviations of the lambda value can also be compensated by adjusting the Ansaufluftmassenstroms.
Bei herkömmlichen Ansätzen ist die Anordnung eines Lambda-Sensors stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators erforderlich, um ein schnelles Ansprechen sicherzustellen und im Integratorterm in einer klassischen Reglerstruktur, insbesondere beim Übergang vom Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch, einen sogenannten ”Wind-up-Effekt” zu vermeiden, der aus großen Abweichungen zwischen dem Lambda-Sollwert und dem gemessenem Lambda-Wert resultieren kann. Beim ”Wind-up-Effekt” nimmt der I-Regler einen Wert oberhalb der Möglichkeiten des Stellgliedes ein und verursacht beim Rücklauf ungewollte Verzögerungen. Darüber hinaus wird eine Messung des Lambda-Wertes im Abgas beim Austritt aus dem Verbrennungsmotor durchgeführt, um eine Rückführungsregelung (”Feedback-Regelung”) zu realisieren. Typischerweise wird ein zweites Signal für den Lambda-Wert, welches stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente bestimmt wird, als Maß für die Robustheit der Regelung und zur Minimierung des Durchbruchs von Reduktanden z. B. in dem zum Reinigen des NOx-Speicherkatalysators erforderlichen Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch verwendet.In conventional approaches, it is necessary to have a lambda sensor upstream of the NO x storage catalyst to ensure rapid response and to operate in the integrator term in a classical governor structure, particularly at the transition from lean air-fuel ratio operation to rich air mode operation. Fuel mixture, a so-called "wind-up effect" to avoid, which can result from large deviations between the lambda setpoint and the measured lambda value. In the "wind-up effect", the I-controller assumes a value above the possibilities of the actuator and causes unwanted delays on the return. In addition, a measurement of the lambda value in the exhaust gas when exiting the internal combustion engine is carried out in order to realize a feedback control ("feedback control"). Typically, a second signal for the lambda value, which is determined downstream of the exhaust aftertreatment component, as a measure of the robustness of the control and to minimize the breakdown of reductants z. B. in the required for purifying the NO x storage catalytic converter operation with a rich air-fuel mixture.
Aus der
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Abgasemission eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, welche mit vergleichsweise geringem Aufwand eine effektive Regelung des Lambda-Wertes ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method and a device for controlling the exhaust emission of an internal combustion engine, which allow effective control of the lambda value with comparatively little effort.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.This object is achieved by the method according to the features of independent patent claim 1 and the device according to the features of patent claim 7.
Ein Verfahren zur Regelung der Abgasemission eines Verbrennungsmotors, wobei im Abgassystem des Verbrennungsmotors eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, weist folgende Schritte auf:
- – Messen des Lambda-Wertes stromabwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung; und
- – Durchführen einer Rückführungsregelung auf Basis dieses gemessenen Lambda-Wertes und eines modifizierten Lambda-Sollwertes, wobei dieser modifizierte Lambda-Sollwert dadurch erhalten wird, dass zu einem nominellen Lambda-Sollwert ein vom Betriebszustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abhängiger dynamischer Korrekturterm addiert wird.
- - measuring the lambda value downstream of the exhaust aftertreatment device; and
- Performing a feedback control on the basis of this measured lambda value and a modified lambda desired value, wherein this modified lambda desired value is obtained by adding to a nominal lambda nominal value a dynamic correction term dependent on the operating state of the exhaust gas averaging device.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Rückführungsregelung realisiert, welche lediglich eine Messung des Lambda-Wertes stromabwärts einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung erfordert. Die Erfindung beinhaltet hierbei eine Verlagerung der Position zur Bestimmung bzw. Einstellung des Lambda-Sollwertes von einer Anordnung stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu einer Anordnung stromabwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung.By the present invention, a feedback control is realized, which requires only a measurement of the lambda value downstream of an exhaust aftertreatment device. In this case, the invention includes a displacement of the position for determining or setting the desired lambda value from an arrangement upstream of the exhaust gas aftertreatment device to an arrangement downstream of the exhaust gas aftertreatment device.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise ein NOx-Speicherkatalysator.The exhaust aftertreatment device is preferably a NO x storage catalyst.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, einen modifizierten Sollwert zu verwenden, welcher durch Addition eines dynamischen additiven Korrekturterms zu einem nominellen (konstanten) Lambda-Sollwert erhalten wird, wobei der additive Korrekturterm vom Betriebszustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abhängt. Dabei kann der additive Korrekturterm mit einem Wert Δλ korrelieren, welcher der Differenz zwischen dem für Speicherung/Freisetzung/Verbrauch von Sauerstoff und Reduktanden in dem NOx-Speicherkatalysator angepaßten Lambda-Wert und dem Lambda-Wert stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung entspricht.In particular, the invention is based on the concept of using a modified nominal value which is obtained by adding a dynamic additive correction term to a nominal (constant) lambda nominal value, the additive correction term depending on the operating state of the exhaust gas after-treatment device. In this case, the additive correction term can correlate with a value Δλ, which corresponds to the difference between the lambda value adapted for storage / release / consumption of oxygen and reductants in the NO x storage catalytic converter and the lambda value upstream of the exhaust gas aftertreatment device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Einstellung des Lambda-Wertes etwas unterhalb des stöchiometrischen Wertes (d. h. kleiner als Eins) vorgenommen, um einerseits ein ausreichendes Maß an Reduktanden stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu dessen Reinigung und zur Umwandlung des in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gespeicherten NOx zu gewährleisten, und um zum anderen das Ausmaß des Durchbruchs an Reduktanden zu minimieren.According to a preferred embodiment, an adjustment of the lambda value is made somewhat below the stoichiometric value (ie smaller than one) in order, on the one hand, to ensure a sufficient amount of reductants upstream of the exhaust aftertreatment device for its purification and for conversion of the NO x stored in the exhaust aftertreatment device, and, secondly, to minimize the extent of reductant breakdown.
Insbesondere kann als nomineller Lambda-Sollwert ein Wert von 0.99 ± 0.02, weiter insbesondere 0.99 ± 0.01, verwendet werden.In particular, a value of 0.99 ± 0.02, more particularly 0.99 ± 0.01, can be used as the nominal lambda nominal value.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der dynamische Korrekturterm einen positiven Wert im Falle der Sauerstofffreisetzung und einen negativen Wert im Falle der Reduktandenfreisetzung durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Beim Umschalten von einem Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch auf einen Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch wird der im NOx-Speicherkatalysator gespeicherte Sauerstoff freigesetzt. In diesem Falle ist der korrigierte Lambda-Sollwert höher als der nominelle Lambda-Sollwert, bis sämtlicher gespeicherter Sauerstoff in dem NOx-Speicherkatalysator verbraucht worden ist. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung des stromabwärts vom NOx-Speicherkatalysator angeordneten Lambda-Sensors bei der Rückführungsregelung insofern von wesentlichem Vorteil, als auf diese Weise vermieden wird, dass der in einer Reglerstruktur verwendete Integrationsterm beim Umschalten vom mageren zum fetten Betrieb einen ”Wind-up-Effekt” zeigt.In a preferred embodiment, the dynamic correction term has a positive value in the case of oxygen release and a negative value in the case of reductant release by the exhaust aftertreatment device. When switching from a lean air-fuel mixture operation to a rich air-fuel mixture operation, the oxygen stored in the NO x storage catalyst is released. In this case, the corrected lambda setpoint is higher than the nominal lambda setpoint until all stored oxygen in the NO x storage catalyst has been consumed. This is in the inventive use of the downstream of the NO x storage arranged lambda sensor in the feedback control of a significant advantage in that it is avoided in this way that the term used in a controller structure when switching from lean to rich operation a "Wind- up effect "shows.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Regelung der Abgasemission eines Verbrennungsmotors. Zu Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren verwiesen.The invention further relates to a device for controlling the exhaust emission of an internal combustion engine. For advantages and preferred embodiments of the device, reference is made to the above statements in connection with the method.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment and with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Gemäß
Die Bedeutung der Kurven ”
Gemäß
Gemäß
Der bei der Anpassung des Lambda-Sollwertes verwendete additive Korrekturterm hängt vom Betriebszustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ab und kann insbesondere mit einem Wert Δλ korrelieren, welcher der Differenz zwischen dem für Speicherung/Freisetzung/Verbrauch von Sauerstoff und Reduktanden in dem NOx-Speicherkatalysator angepaßten Lambda-Wert und dem Lambda-Wert stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung entspricht. Hierbei weist der dynamische Korrekturterm während einer Phase der Sauerstofffreisetzung durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 7628063 B2 [0006] US 7628063 B2 [0006]
- US 6823843 B1 [0007] US 6823843 B1 [0007]
- US 2006/0075740 A1 [0008] US 2006/0075740 A1 [0008]
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