DE102004002291B4 - Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges,
mit einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaskatalysator, in dem eine Konvertierung der im von der Brennkraftmaschine kommenden Rohemissions-Abgasstrom enthaltenen Schadstoffkomponenten durch Oxidation und Reduktion erfolgt,
mit einer Lambdaregelungseinrichtung, mit der im zeitlichen Verlauf des Brennkraftmaschinenbetriebes eine Mittellage des Lambdawertes durch zyklisches Umschalten zwischen einem Magerbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftüberschuss betrieben wird, und einem Fettbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftmangel betrieben wird, eingestellt wird, und
mit einer Sondenanordnung, mit der die Anteile der einzelnen zu oxidierenden und reduzierenden Schadstoffkomponenten in dem von der Brennkraftmaschine kommenden und in den Abgaskatalysator einströmenden Rohemissions-Abgasstrom erfasst werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von der Lambdaregelungseinrichtung eingestellte Mittellage des Lambdawertes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast veränderbar ist dergestalt:
– dass die Lambda-Mittellage in Richtung mager vertrimmt wird, falls die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt betrieben...Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle,
with an exhaust gas catalytic converter downstream of the internal combustion engine, in which a conversion of the pollutant components contained in the raw emission exhaust gas coming from the internal combustion engine takes place by oxidation and reduction,
with a lambda control device with which a center position of the lambda value is adjusted in the course of the engine operation by cyclically switching between a lean operation in which the internal combustion engine is operated with an excess air and a rich operation in which the internal combustion engine is operated with an air deficiency, and
with a probe arrangement with which the proportions of the individual pollutant components to be oxidized and reduced are detected in the raw emission exhaust gas coming from the internal combustion engine and flowing into the catalytic converter,
characterized,
in that the mean position of the lambda value set by the lambda control device is variable as a function of the engine speed and the engine load such that:
- That the lambda center position is leaned towards lean, if the internal combustion engine operated at an operating point ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine a vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Eine Brennkraftmaschine mit einem nachgeschalteten Abgaskatalysator, in dem eine Konvertierung der im von der Brennkraftmaschine kommenden Rohemissions-Abgasstrom enthaltenen Schadstoffkomponenten durch Oxidation und Reduktion erfolgt, ist allgemein bekannt. Dabei wird mit Hilfe einer Lambdaregelungseinrichtung im zeitlichen Verlauf des Betriebes einer Brennkraftmaschine eine Mittellage des Lambdawertes durch zyklisches Umschalten zwischen einem Magerbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftüberschuss betrieben wird, und einem Fettbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftmangel betrieben wird, eingestellt. Die Regelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt mittels einer Sondenanordnung, insbesondere einer Lambdasondenanordnung, mit der der Anteil der einzelnen zu oxidierenden und reduzierenden Schadstoffkomponenten in dem von der Brennkraftmaschine kommenden und in den Abgaskatalysator einströmenden Rohemissions-Abgasstrom erfasst wird. Mittels der Lambdaregelungseinrichtung einer Brennkraftmaschine wird somit unter Zuhilfenahme einer Sondenanordnung die Möglichkeit geschaffen, eine für die Konvertierung des Katalysators optimale Lambdamittellage einzustellen. Die für eine gute Konvertierung des Abgaskatalysators erforderliche Amplitude der Lambdaregelung kann entweder über eine Führungssonde oder aber auch über eine geeignete Modellbildung erfolgen. Für ein konstantes, durch eine Regelsonde gemessenes Abgaslambda nach dem Katalysator kann somit eine gute Konvertierung der Schadstoffkomponenten HC, CO und NOx dargestellt werden. Physikalisch bedingt ist jedoch das Optimum für eine gute HC- und CO-Konvertierung durch Oxidation nicht mit dem Optimum für eine gute NOx-Konvertierung durch Reduktion zu verbinden. Daraus ergibt sich der Zwang, einen Kompromiss zwischen der HC- und CO-Konvertierung einerseits und der NOx-Reduktion andererseits einzugehen. Trägt man die einzelnen Konvertierungslinien für HC, CO und NOx über dem Lambda auf, so liegt dieser Kompromiss in der Regel beim Schnittpunkt der drei Konvertierungslinien, d. h. ungefähr bei Lambda = 1.An internal combustion engine having a downstream catalytic converter, in which a conversion of the pollutant components contained in the coming of the internal combustion engine exhaust emissions exhaust gas contained by oxidation and reduction, is well known. In this case, a mean position of the lambda value is adjusted by cyclical switching between a lean operation, in which the internal combustion engine is operated with an excess of air, and a rich operation, in which the internal combustion engine is operated with a lack of air, with the aid of a lambda control device in the time course of the operation of an internal combustion engine. The regulation of the air-fuel mixture is effected by means of a probe arrangement, in particular a lambda sensor arrangement, with which the proportion of the individual oxidizing and reducing pollutant components in the coming of the internal combustion engine and flowing into the catalytic converter raw emission exhaust gas flow is detected. By means of the lambda control device of an internal combustion engine, the possibility is thus created, with the aid of a probe arrangement, to set an optimum lambda center position for the conversion of the catalytic converter. The required for a good conversion of the catalytic converter amplitude of the lambda control can be done either via a guide probe or via a suitable modeling. For a constant, measured by a control probe exhaust lambda after the catalyst thus a good conversion of the pollutant components HC, CO and NO x can be represented. For physical reasons, however, the optimum for good HC and CO conversion by oxidation can not be combined with the optimum for good NO x conversion by reduction. This results in the compulsion to enter into a compromise between the HC and CO conversion on the one hand and the NO x reduction on the other hand. If one plots the individual conversion lines for HC, CO and NO x over the lambda, then this compromise usually lies at the intersection of the three conversion lines, ie approximately at lambda = 1.

Mit einer derartigen Verfahrensführung wird eine gute prozentuale Konvertierung der einzelnen Schadstoffkomponenten im Abgasstrom erhalten. Eine Optimierung dahingehend, dass mit dem Abgaskatalysator möglichst geringe absolute Emissionen erzielt werden, ist dadurch jedoch nicht möglich.With such a procedure will be a good percentage conversion of each pollutant component obtained in the exhaust stream. An optimization in that with the Catalytic converter as possible low absolute emissions are achieved, but this is not possible.

Ferner ist aus der DE 101 52 670 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem nachgeschalteten Katalysator bekannt, wobei ein Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine mit Lambda größer 1 innerhalb eines zulässigen Magertemperaturbereichs für eine Katalysatortemperatur des Katalysators zugelassen wird. Weiter ist hier vorgesehen, dass eine aktuelle Rohemission mindestens einer Abgaskomponente der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird und der zulässige Magertemperaturbereich in Abhängigkeit der Rohemission der mindestens einen Abgaskomponente bestimmt wird.Furthermore, from the DE 101 52 670 A1 a method and apparatus for controlling a lean burn internal combustion engine having at least one downstream catalyst, wherein a lean operation of the internal combustion engine with lambda greater than 1 is allowed within a permissible lean temperature range for a catalyst temperature of the catalyst. It is further provided here that a current raw emission of at least one exhaust gas component of the internal combustion engine is determined and the permissible lean-burn temperature range is determined as a function of the raw emission of the at least one exhaust gas component.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, mit dem die absoluten Emissionen insgesamt reduziert werden können.task The invention therefore relates to a method for operating an internal combustion engine a vehicle, in particular a motor vehicle, to create with which the absolute emissions can be reduced overall.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved with the features of claim 1.

Gemäß Anspruch 1 ist die von der Lambdaregelungseinrichtung eingestellte Mittellage des Lambdawertes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast veränderbar dergestalt:

  • – dass die Lambda-Mittellage in Richtung mager vertrimmt wird, falls die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt betrieben wird, in dem gemäß Kennfeld ein niedrigerer Anteil an zu reduzierenden Schadstoffkomponenten und ein höherer Anteil an zu oxidierenden Schadstoffkomponenten vorliegt, oder
  • – dass die Lambda-Mittellage in Richtung fett vertrimmt wird, falls die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt betrieben wird, in dem gemäß Kennfeld ein höherer Anteil an zu reduzierenden Schadstoffkomponenten und ein niedrigerer Anteil an zu oxidierenden Schadstoffkomponenten vorliegt.
In accordance with claim 1, the center position of the lambda value set by the lambda control device is variable as a function of the engine speed and the engine load:
  • - That the lambda center position is lean in the lean direction, if the internal combustion engine is operated at an operating point in the map according to a lower proportion of pollutant components to be reduced and a higher proportion of oxidizing pollutant components is present, or
  • - That the lambda center position is made bold in the direction if the internal combustion engine is operated at an operating point in which, according to the map, a higher proportion of pollutant components to be reduced and a lower proportion of pollutant components to be oxidized.

Die Kennfelder werden für die Brennkraftmaschine vermessen und im Steuergerät hinterlegt. Erfindungsgemäß können somit bei dieser Vorgehensweise die Rohemissionen der Brennkraftmaschine über dem Kennfeld der Motordrehzahl und Motorlast berücksichtigt werden. D. h. bei Betriebspunkten, in denen z. B. gegenüber einem vorgebbaren, kennfeldabhängigen Grenzwert von z. B. 1000 ppm geringe HC- und CO- bzw. hohe NOx-Rohemissionen vorliegen, kann mittels der Lambdaregelungseinrichtung in Richtung fett vertrimmt werden, während in denjenigen Betriebspunkten, in denen ebenfalls wieder kennfeldgrenzwertabhängig hohe HC- und CO- bzw. geringe NOx-Rohemissionen vorliegen, mittels der Lambdaregelungseinrichtung in Richtung mager vertrimmt werden kann. Solch eine Applikation hat zur Folge, dass die Konvertierung zeitlich gesehen für diejenigen Emissionen optimiert wird, die zu dieser Zeit gerade besonders hoch sind, während diejenigen Emissionen, die an dem jeweiligen Last-/Drehzahlpunkt geringer sind, prozentual geringer konvertiert werden. In der Summe können bessere Konvertierungsraten erzielt werden als dies bei einer konstanten Lambdasteuerung und einer in etwa prozentualen gleichen Konvertierung aller Schadstoffkomponenten über eine vorgegebene Zeit der Fall ist.The maps are measured for the internal combustion engine and stored in the control unit. According to the invention, the raw emissions of the internal combustion engine can thus be taken into account over the characteristic map of the engine speed and engine load in this approach. Ie. at operating points in which z. B. compared to a predetermined, map-dependent limit of z. B. 1000 ppm low HC and CO or high NO x raw emissions, can be trimmed by means of lambda control device in the direction of bold, while in those operating points, in which also again kenfeldfeldwertabhängig high HC and CO or low NO x raw emissions are present, can be adjusted by means of the lambda control device in the direction of lean. Such an application has the effect of optimizing the conversion in time for those emissions that are currently very high at the time, while those emissions that are lower at the respective load / speed point are converted in percentage lower. In sum, better conversion rates can be achieved than is the case with a constant lambda control and an approximately equal percentage conversion of all pollutant components over a given time.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich auch mit den Merkmalen des Anspruchs 2 erzielen, gemäß denen die Vertrimmung der Mittellage des Lambdawertes zudem in Abhängigkeit von einer Periodendauer und/oder einem Fett-Mager-Ansteuerverlauf vorgenommen wird.Especially Good results can also be achieved with the features of the claim 2, according to which the trimming of the central position of the lambda value also in dependence of a period and / or a fat-lean drive course is made.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert: In der nachfolgenden Tabelle 1 NOx-Emissionen (hoch, mittel, gering) 9 bar → ↑ ↑ 5 bar ↓ → ↑ 1 bar ↓ ↓ → 1000 1/min 3000 1/min 5000 1/min sind die drei Motorlasten 1 bar, 5 bar und 9 bar beispielhaft für die Motordrehzahlen von 1000 U/min, 3000 U/min und 5000 U/min für die NOx-Emissionen angegeben. Die nach unten gerichteten Pfeile bezeichnen dabei z. B. gegenüber einem vorgebbaren Grenzwert von z. B. 1000 ppm geringe NOx-Emissionen, die nach oben gerichtete Pfeile bezeichnen entsprechend höhere NOx-Emissionen und die nach rechts zeigenden Pfeile bezeichnen mittlere oder normale NOx-Emissionen, z. B. im Bereich des vorgebbaren Kennfeld-Grenzwertes. In der nachfolgenden Tabelle 2 HO, CO-Emissionen (hoch, mittel, gering) 9 bar → ↓ ↓ 5 bar ↑ → ↓ 1 bar ↑ ↑ → 1000 1/min 3000 1/min 5000 1/min ist das gleiche für die HO- und CO-Emissionen aufgetragen.The invention is explained in more detail below with reference to an example: In the following Table 1 NO x emissions (high, medium, low) 9 bar → ↑ ↑ 5 bar ↓ → ↑ 1 bar ↓ ↓ → 1000 1 / min 3000 1 / min 5000 1 / min For example, the three engine loads 1 bar, 5 bar and 9 bar are given for the engine speeds of 1000 rpm, 3000 rpm and 5000 rpm for the NO x emissions. The downward arrows indicate z. B. compared to a predetermined limit of z. B. 1000 ppm low NO x emissions, the upward arrows indicate correspondingly higher NO x emissions and the right-pointing arrows indicate mean or normal NO x emissions, z. B. in the range of the predeterminable map limit value. In the following table 2 HO, CO emissions (high, medium, low) 9 bar → ↓ ↓ 5 bar ↑ → ↓ 1 bar ↑ ↑ → 1000 1 / min 3000 1 / min 5000 1 / min the same is plotted for the HO and CO emissions.

Vergleicht man diese beiden Tabellen 1 und 2 miteinander, so ergibt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensführung die in der Tabelle 3 dargestellte Lambda-Vertrimmung: Lambda Vertrimmung 9 bar neutral fett fett 5 bar mager neutral fett 1 bar mager mager neutral 1000 1/min 3000 1/min 5000 1/min If these two Tables 1 and 2 are compared with one another, the lambda trimming shown in Table 3 results from the process procedure according to the invention: Lambda trim 9 bar neutral fat fat 5 bar skinny neutral fat 1 bar skinny skinny neutral 1000 1 / min 3000 1 / min 5000 1 / min

Neutral bedeutet dabei, dass hier keine Vertrimmung der Lambda-Mittellage vorgenommen wird. Fett bedeutet, dass hier eine Vertrimmung in Richtung fett vorgenommen wird, während entsprechend umgekehrt mager bedeutet, dass hier eine Vertrimmung in Richtung mager vorgenommen wird.Neutral means that here no trim the lambda mid-position is made. Fat means that here is a sense of humor in the direction fat is made while accordingly inversely lean means that here is a trifling is made in the direction of lean.

Wie dieses konkrete Beispiel zeigt, ist eine derartige Lambda-Vertrimmung einfach durchzuführen, so dass bei einer solchen Applikation die Konvertierung für diejenigen Emissionen optimiert wird, die zu dieser Zeit besonders hoch sind, während diejenigen Emissionen, die an dem jeweiligen Last-/Drehzahlpunkt geringer sind, prozentual geringer konvertiert werden, so dass damit in Summe bezogen auf die Gesamtemissionen bessere Konvertierungs raten erzielt werden als dies bei einer herkömmlichen konstanten Lambdasteuerung und einer zeitlich bezogenen prozentualen gleichen Konvertierung aller Schadstoffkomponenten der Fall ist.As this concrete example shows, such lambda trimming is easy to perform so that in such an application the conversion is optimized for those emissions that are particularly high at that time while those emissions are at the respective load / speed point are converted to lower percentages, so that in total in relation to the total emissions better conversion rates are achieved than is the case with a conventional constant lambda control and a temporally related percentage equal conversion of all pollutant components.

Claims (2)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaskatalysator, in dem eine Konvertierung der im von der Brennkraftmaschine kommenden Rohemissions-Abgasstrom enthaltenen Schadstoffkomponenten durch Oxidation und Reduktion erfolgt, mit einer Lambdaregelungseinrichtung, mit der im zeitlichen Verlauf des Brennkraftmaschinenbetriebes eine Mittellage des Lambdawertes durch zyklisches Umschalten zwischen einem Magerbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftüberschuss betrieben wird, und einem Fettbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftmangel betrieben wird, eingestellt wird, und mit einer Sondenanordnung, mit der die Anteile der einzelnen zu oxidierenden und reduzierenden Schadstoffkomponenten in dem von der Brennkraftmaschine kommenden und in den Abgaskatalysator einströmenden Rohemissions-Abgasstrom erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lambdaregelungseinrichtung eingestellte Mittellage des Lambdawertes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast veränderbar ist dergestalt: – dass die Lambda-Mittellage in Richtung mager vertrimmt wird, falls die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt betrieben wird, in dem gemäß Kennfeld ein niedrigerer Anteil an zu reduzierenden Schadstoffkomponenten und ein höherer Anteil an zu oxidierenden Schadstoffkomponenten vorliegt, oder – dass die Lambda-Mittellage in Richtung fett vertrimmt wird, falls die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt betrieben wird, in dem gemäß Kennfeld ein höherer Anteil an zu reduzierenden Schadstoffkomponenten und ein niedrigerer Anteil an zu oxidierenden Schadstoffkomponenten vorliegt.Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle, with a catalytic converter downstream of the internal combustion engine, in which conversion of the pollutant components contained in the raw emission exhaust gas coming from the internal combustion engine takes place by oxidation and reduction, with a lambda control device with which in the course of time Internal combustion engine operation, a center position of the lambda value by cyclically switching between a lean operation, in which the internal combustion engine is operated with an excess of air, and a rich operation, in which the internal combustion engine is operated with an air deficiency is set, and with a probe arrangement, with the proportions of the individual to be oxidized and reducing pollutant components in the coming of the internal combustion engine and in the exhaust gas catalyst flowing into the raw emission exhaust gas flow are detected, characterized in that the of the L ambdeegelungseinrichtung set center position of the lambda value as a function of the engine speed and the engine load is variable: - that the lambda center position is lean in lean direction, if the internal combustion engine is operated at an operating point in the map according to a lower proportion of reducing pollutant components and a higher proportion of pollutant components to be oxidized, or - that the lambda center position is bold in the direction if the internal combustion engine is operated at an operating point, in the map according to a higher proportion of pollutant components to be reduced and a lower proportion of pollutant components to be oxidized is present. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertrimmung der Mittellage des Lambdawertes zudem in Abhängigkeit von einer Periodendauer und/oder einem Fett/Mager-Ansteuerverlauf vorgenommen wird.Method according to claim 1, characterized in that that the trim of the central position of the lambda value also in dependence of a period and / or a rich / lean drive course is made.
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