DE10123476A1 - Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate - Google Patents
Verfahren zur Regelung einer externen AbgasrückführrateInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate (AGR-Rate) einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine (10), wobei einem der Verbrennungsmaschine (10) nachgeschalteten Abgaskanal (12) ein Teil des Abgases entnommen und über eine Abgasrückführleitung (18) einem Luftansaugrohr (22) zugeführt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass die Abgasrückführrate (AGR-Rate) in Abhängigkeit eines in dem Abgaskanal (12) gemessenen Lambdawertes des Abgases derart eingestellt wird, dass ein sich einstellender Ist-Lambdawert (Ist-lambda) des Abgases einem vorgegebenen Soll-Lambdawert (Soll-lambda) angeglichen wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate
magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen.
Moderne Konzepte zur Steuerung von Verbrennungskraftmaschinen streben über
möglichst weite Lastbereiche einen Betrieb im so genannten Magermodus an, in dem
die Verbrennungskraftmaschine mit einem kraftstoffarmen Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit
λ < 1 betrieben wird. Der Vorteil dieser Betriebsart liegt in einem niedrigen
Kraftstoffverbrauch, verbunden mit einer geringen Schadstoffemission. Dieser
Verbrauchsvorteil kann besonders bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung ausgebaut
werden, die im so genannten Schichtladebetrieb gefahren werden können. Dabei wird
durch eine späte Einspritzung in den Verdichtungshub lediglich im Bereich der
Zündkerze ein brennbares Gemisch erzeugt, während im restlichen Brennraum nahezu
reine Luft vorliegt. Auf diese Weise lassen sich sehr hohe verbrauchsgünstige
Luftverhältnisse mit λ = 1,5 bis 4 darstellen. In Betriebssituationen mit hohen Lasten und
Drehzahlen lässt sich die Darstellung des Schichtladebetriebs aufgrund einer größeren
erforderlichen Kraftstoffmenge beziehungsweise einer kürzer werdenden Zeit für die
Gemischaufbereitung nicht realisieren. Um dennoch in diesem Last- beziehungsweise
Drehzahlbereich Verbrauchsvorteile erzielen zu können, wird der so genannte
homogene Magerbetrieb eingesetzt, bei dem durch eine frühe Einspritzung in den
Ansaughub ein homogenes Gemisch zum Zündzeitpunkt erzeugt wird.
Trotzt der insgesamt niedrigen Schadstoffemission im geschichteten oder homogenen
Magerbetrieb stellen Stickoxide (NOX) des Abgases ein Problem dar, da diese an
herkömmlichen 3-Wege-Katalysator-Systemen bei Sauerstoffüberschuss nicht
vollständig konvertiert werden können. Die NOX-Rohemission der
Verbrennungskraftmaschine zeigt etwa bei λ = 1,1 ein Maximum und betrifft somit
insbesondere den homogenen Magerbetrieb. Zur Abhilfe ist bekannt, NOX-
Speicherkatalysatoren einzusetzen, die in der Lage sind, NOX im mageren Abgas zu
absorbieren. Aufgrund einer begrenzten NOX-Speicherkapazität von NOX-
Speicherkatalysatoren werden in regelmäßigen Abständen Regenerationen
durchgeführt, bei denen der Katalysator mit einer fetten Abgasatmosphäre mit X < 1
beaufschlagt wird. Durch diese Maßnahme wird jedoch ein Teil des durch den
Magerbetrieb erzielten Verbrauchsvorteils aufgezehrt.
Um die NOX-Rohemission magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen zu senken
und somit die Regenerationsintervalle von NOX-Speicherkatalysatoren zu verlängern, ist
bekannt, eine externe Abgasrückführung (AGR) durchzuführen. Dabei wird ein Teil des
Abgases entnommen, über eine Abgasrückführleitung in ein Saugrohr eingespeist und
somit der Verbrennungskraftmaschine erneut zugeführt. Auf diese Weise wird die
Verbrennungstemperatur gesenkt und die NOX-Rohemission reduziert. Eine direkte
Messung einer AGR-Rate ist derzeit nicht möglich. Üblicherweise wird die AGR-Rate
daher gesteuert, indem abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt der
Verbrennungskraftmaschine, wie Motorlast oder Drehzahl, eine Soll-AGR-Rate ermittelt
wird und diese über eine Öffnung eines in der Abgasrückführleitung angeordneten
Abgasrückführventils eingestellt wird. Dieses Verfahren ist jedoch mit zahlreichen
Fehlerquellen behaftet und ermöglicht keine exakte Einstellung einer vorgegebenen
AGR-Rate. Auf der anderen Seite führen aber bereits geringe Abweichungen der
AGR-Rate zu empfindlichen Schwankungen der NOX-Emission, der Laufruhe und des
spezifischen Kraftstoffverbrauchs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, welches eine Abgasrückführrate mit hoher Genauigkeit einstellt. Das Verfahren
sollte ferner mit einfachen konstruktiven Mitteln realisierbar sein und sich leicht in eine
bestehende Motorsteuerung integrieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abgasrückführrate (AGR-Rate) in
Abhängigkeit eines in dem Abgaskanal gemessenen Lambdawertes des Abgases derart
eingestellt wird, dass ein sich einstellender Ist-Lambdawert des Abgases einem
vorgegebenen Soll-Lambdawert angeglichen wird. Im Unterschied zu bekannten
Verfahren, in denen die Abgasrückführrate lediglich von einer Motorsteuerung modelliert
wird, also nur indirekt gesteuert wird, erfolgt erfindungsgemäß die Regelung in
Abhängigkeit des Lambdawertes des Abgases, welcher somit die eigentliche
Regelgröße dargestellt. Diese Vorgehensweise hat den entscheidenden Vorteil, dass mit
der Regelgröße des Lambdawertes eine einfach, direkt und sehr genau zu erfassende
Größe zur Verfügung steht, die zudem im dynamischen Betrieb des Fahrzeugs (bei
Laständerungen) sich günstiger konstant halten lässt als die AGR-Rate. Ferner wird auf
diese Weise verhindert, dass Maßnahmen, die im Magerbetrieb eine momentane
Saugrohrdruckminderung beziehungsweise einen höheren Saugrohunterdruck
anfordern, wie beispielsweise eine Tankentlüftung oder ein Bremskraftverstärker, sich in
Form einer wirkungsgradmindernden Gemischanreicherung, das heißt eines fetteren der
Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches, auswirken. So wird
auch bei wirkungsgradmindernden Saugrohrdrücken stets ein bezüglich des
Motorwirkungsgrades optimales Lambda eingeregelt.
Die Einstellung der Abgasrückführrate kann in bekannter Weise durch Ansteuern eines
in einer Abgasrückführleitung angeordneten Steilmittels, welches vorzugsweise ein
Abgasrückführventil ist, erfolgen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, initial oder im
dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine Vorsteuerung einer
vorgegebenen Soll-Abgasrückführrate anhand abgespeicherter Kennfelder
durchzuführen, welche eine Korrelation einer Stellgröße des Stellmittels mit der
Abgasrückführrate vornehmen. Dabei wird etwa eine Öffnung des Abgasrückführventils
einer konkreten Abgasrückführrate zugeordnet.
Eine Vorsteuerung erfolgt in Abhängigkeit einer Motorlast, die etwa aus einem
Pedalwertgeber (PWG) abgeleitet werden kann, über Ansteuerung einer
Kraftstoffzumesseinrichtung, beispielsweise eines Einspritz- oder Vergasersystems,
und/oder Ansteuerung einer Frischluftdosiereinrichtung, etwa einer im Saugrohr
angeordneten Drosselklappe. Auch hier erfolgt vorteilhaft die Vorsteuerung anhand von
gespeicherten Kennfeldern, welche eine Stellgröße der Kraftstoffzumesseinrichtung,
beispielsweise eine Öffnungsdauer eines Einspritzventils, mit der zugeführten
Kraftstoffmenge und/oder eine Stellgröße der Frischluftdosiereinrichtung, insbesondere
eine Drosselklappenstellung, mittels eines Saugrohrmodells mit der Frischluftmenge
korrelieren. Die Frischluftmenge kann beispielsweise über einen Luftmassenmesser
erfasst oder berechnet werden.
Die Vorgaben des Soll-Saugrohrdruckes und/oder der Soll-Abgasrückführrate und/oder
des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgen vorzugsweise in Abhängigkeit von
ausgewählten Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere von
einer Motorlast, einer Drehzahl, einem Pedalwertgeber oder einer
Drosselklappenstellung.
Die Messung des Ist-Lambdawertes des Abgases erfolgt vorzugsweise mit einer im
Abgaskanal angeordneten sauerstoffempfindlichen Messeinrichtung, insbesondere mit
einer Lambdasonde oder einem über ein Lambdasignal verfügenden NOX-Sensor.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine und
dieser zugeordnete Komponenten und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 sind in schematischer Darstellung ein prinzipieller Aufbau einer
Verbrennungskraftmaschine 10 und dieser zugeordnete erfindungsrelevante
Komponenten gezeigt. Ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 kommendes Abgas
wird durch einen Abgaskanal 12 und durch ein hierin angeordnetes
Katalysatorsystem 14, 16 geleitet. Das Katalysatorsystem umfasst typischerweise einen
kleinvolumigen, motornah angeordneten Vorkatalysator 14, beispielsweise einen 3-
Wege-Katalysator, sowie einen großvolumigen, an einer Unterbodenposition
angeordneten Hauptkatalysator 16. Insbesondere bei einer magerlauffähigen
Verbrennungskraftmaschine 10 ist der Hauptkatalysator 16 vorzugsweise ein NOX-
Speicherkatalysator. Dieser ist in mageren Betriebsphasen der
Verbrennungskraftmaschine 10 in der Lage, dreiwegekatalytisch nicht vollständig
konvertierbare Stickoxide NOX einzulagern und diese in kurzen zwischengeschalteten
fetten Regenerationsphasen mit λ < 1 mittels der im fetten Abgas im Überschuss
vorhandenen Reduktionsmittel HC und CO zu reduzieren und freizusetzen. Da durch
diese Regenerationsphasen ein durch den mageren Betriebsmodus der
Verbrennungskraftmaschine 10 erzielter Verbrauchsvorteil teilweise wieder aufgezehrt
wird, werden möglichst große Regenerationsintervalle angestrebt. Dies wird durch eine
Abgasrückführung erreicht, die eine Verbrennungstemperatur, und damit die NOX-
Rohemission, absenkt. Hierfür wird mittels einer Abgasrückführleitung 18 ein mittels
eines Stellmittels 20 regulierbarer Anteil des Abgases dem Abgaskanal 12 entnommen
und in ein Saugrohr 22, welches der Verbrennungskraftmaschine 10 Frischluft zuführt,
eingespeist. Das die Abgasrückführrate (AGR-Rate) regulierende Stellmittel 20 ist
üblicherweise ein Abgasrückführventil.
Der der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführende Frischluftmassenstrom wird über
die Stellung einer im Saugrohr 22 angeordneten Drosselklappe 24 gesteuert. Eine
Zuführung von Kraftstoff erfolgt über eine Kraftstoffzumesseinrichtung 26, etwa einer
Direkt- oder Saugrohreinspritzung oder einem Vergaser. Vorzugsweise handelt es sich
hier um ein Direkteinspritzsystem, welches im Niedrig- und Teillastbereich einen
mageren Schichtladebetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 ermöglicht, bei dem der
eingespritzte Kraftstoff zum Zündzeitpunkt im Bereich einer Zündkerze konzentriert
vorliegt.
Die Steuerung der Kraftstoffzufuhr, der AGR-Rate sowie der Luftzufuhr erfolgt durch ein
Motorsteuergerät 28, in welches eine Steuereinheit 30 integriert ist, in der ein
Algorithmus zur erfindungsgemäßen Regelung der Abgasrückführrate hinterlegt ist. Zur
Erfassung und Einstellung eines betriebspunktabhängig vorgegebenen Saugrohrdruckes
ist ein Drucksensor 32 in dem Saugrohr 22 angeordnet, der ein vom Saugrohrdruck
abhängiges Signal an das Motorsteuergerät 28 übermittelt. Ferner ist im Abgaskanal 12
eine Lambdasonde 34 angeordnet sein, die ein von einer Sauerstoffkonzentration im
Abgas abhängiges Signal bereitstellt. Weitere Betriebsparameter der
Verbrennungskraftmaschine 10 finden ebenfalls Eingang in das Motorsteuergerät 28.
Einen prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 2. Das
Verfahren wird im Schritt S1 initialisiert, in dem verschiedene Betriebsparameter, wie
etwa eine Motorlast, eine Motordrehzahl n, eine Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder ein
einem Fahrwunsch entsprechendes Pedalwertgebersignal PWG-Signal, eingelesen
werden. Anschließend erfolgt im Schritt S2 eine Vorsteuerung einer Vorgabe für das der
Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch (Soll-λ), wobei das
Soll-Lambda in Abhängigkeit von dem im Schritt S1 ermittelten Betriebspunkt der
Verbrennungskraftmaschine 10 ermittelt wird. Die Lambdavorsteuerung kann
beispielsweise erfolgen, indem das Motorsteuergerät 28 in Abhängigkeit von dem
Pedalwertgeber PWG oder der Motorlast die Stellung der Drosselklappe 24 vorgibt.
Abhängig von dem somit eingestellten Frischluftmassenstrom und dem vom Fahrer
gewünschten, aus dem PWG-Signal ermittelten Drehmoment berechnet das
Motorsteuergerät 28 eine für die Lambdavorgabe beziehungsweise die Motorlast
erforderliche Kraftstoffmenge und steuert entsprechend die
Kraftstoffzumesseinrichtung 26 an. Dabei greift das Motorsteuergerät 28 auf Kennfelder
zurück, welche eine Stellgröße der Kraftstoffzumesseinrichtung 26, beispielsweise eine
Öffnungszeit von Einspritzventilen, mit der zugeführten Kraftstoffmenge korrelieren.
Im anschließenden Schritt S3 wird in analoger Weise eine Vorsteuerung einer Soll-
Abgasrückführrate (Soll-AGR-Rate) durchgeführt, die ebenfalls in Abhängigkeit des
ermittelten Betriebspunktes vorgegeben wird. Die Vorsteuerung der AGR-Rate erfolgt
wiederum anhand von Kennfeldern, welche beispielsweise eine Öffnung des AGR-
Ventils 20 mit der AGR-Rate korrelieren. Entsprechend der so ermittelten Stellgröße
steuert das Motorsteuergerät 28 das in der Abgasrückführleitung 18 angeordnete
Abgasrückführventil 20 an.
Eine Feinregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt in den anschließenden
Schritten S4 bis S6 derart, dass der im Abgaskanal 12 vorliegende Lambdawert der
Sollvorgabe angeglichen wird. Hierfür wird zunächst im Schritt S4 der aktuelle Ist-
Lambdawert Ist-λ mittels der im Abgaskanal 12 angeordneten Lambdasonde 34
gemessen und von der Steuereinheit 30 eingelesen. In der anschließenden Abfrage S5
wird überprüft, ob der gemessene Ist-Lambdawert Ist-λ mit dem in S1 ermittelten Soll-
Lambdawert Soll-X übereinstimmt, wobei selbstverständlich zur Vermeidung eines
ständigen Reglereingriffs eine gewisse Toleranz erlaubt ist. Wird dies bejaht, so ist keine
weitere Anpassung der AGR-Rate notwendig und das Verfahren geht im nicht
dynamischen Betrieb zum Schritt S4 zurück. Im dynamischen Betrieb hingegen muss
der neue Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 durch Einlesen der
Betriebsparameter neu ermittelt werden, so dass das Verfahren zum Schritt S1
zurückgeht und gegebenenfalls in S2 und S3 eine erneute Vorsteuerung des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses und der AGR-Rate durchgeführt wird (unterbrochene Linie).
Wird auf der anderen Seite in der im Schritt S5 erfolgenden Abfrage eine Abweichung
Δλ zwischen Ist- und Soll-Lambdawert festgestellt, erfolgt im Schritt S6 eine Anpassung
der AGR-Rate, indem diese um die Größe ΔAGR, die in einem Kennfeld in der
Motorsteuerung 28 als Funktion der Abweichung Δλ abgespeichert ist, verändert wird.
Claims (9)
1. Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate (AGR-Rate) einer
magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine (10), wobei einem der
Verbrennungskraftmaschine (10) nachgeschalteten Abgaskanal (12) ein Teil des
Abgases entnommen und über eine Abgasrückführleitung (18) einem
Luftansaugrohr (22) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abgasrückführrate (AGR-Rate) in Abhängigkeit eines in dem Abgaskanal (12)
gemessenen Lambdawertes des Abgases derart eingestellt wird, dass ein sich
einstellender Ist-Lambdawert (Ist-λ) des Abgases einem vorgegebenen Soll-
Lambdawert (Soll-λ) angeglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der
Abgasrückführrate (AGR-Rate) durch Ansteuerung eines in der
Abgasrückführleitung (18) angeordneten Stellmittels (20) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Stellmittel (20) ein Abgasrückführventil ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Vorsteuerung einer Soll-Abgasrückführrate (Soll-AGR-Rate) anhand von
Kennfeldern erfolgt, welche eine Stellgröße des Stellmittels (20) mit der
Abgasrückführrate (AGR-Rate) korrelieren.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Vorsteuerung des Soll-Lambdawertes (Soll-λ) anhand von Kennfeldern
erfolgt, welche eine Stellgröße einer Kraftstoffzumesseinrichtung (26) und/oder
einer Frischluftdosiereinrichtung (24) mit einer der Verbrennungskraftmaschine (10)
zugeführten Kraftstoffmenge beziehungsweise Frischluftmenge korrelieren.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Abgasrückführrate (Soll-AGR-Rate) und/oder der Soll-
Lambdawert (Soll-λ) in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern der
Verbrennungskraftmaschine (10) vorgegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter
eine Motorlast, eine Drehzahl, einen Pedalwertgeber und/oder eine
Drosselklappenstellung umfassen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass für einen aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine (10) ein
fester Saugrohrdruck vorgegeben wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ist-Lambdawert (Ist-λ) des Abgases mit einer sauerstoffempfindlichen
Messeinrichtung, insbesondere einer Lambdasonde (34), gemessen wird.
Priority Applications (1)
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DE10123476A DE10123476A1 (de) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate |
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Publications (1)
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ID=7684776
Family Applications (1)
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DE10123476A Ceased DE10123476A1 (de) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Verfahren zur Regelung einer externen Abgasrückführrate |
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- 2001-05-15 DE DE10123476A patent/DE10123476A1/de not_active Ceased
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140708 |