DE102004030301A1 - Operation of internal combustion engine comprises estimating future catalyst temperature from present and past engine parameter values and cooling catalyst if estimated temperature exceeds threshold value - Google Patents

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Abstract

Operating an internal combustion engine with a catalytic converter comprises determining the values of a set of engine parameters affecting the catalyst temperature, estimating the catalyst temperature at a future time from the parameter values at the present and at least one previous time, and cooling the catalyst if the estimated temperature exceeds a threshold value. An independent claim is also included for an internal combustion engine control device (unspecified) adapted to carry out the above process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit Abgaskatalysator und ein Steuergerät zur Ausführung eines solchen Verfahrens.The The present invention relates to an operating method for an internal combustion engine with catalytic converter and a control device for carrying out such a method.

Aus EP-A-0 231 611 ist ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem mit Hilfe eines empirisch ermittelten Modells die Temperatur des Abgaskatalysators ausgehend von Betriebsparametern des Motors, nämlich dem Luftmassenstrom und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, berechnet wird und, wenn die Berechnung zeigt, dass der Katalysator eine kritische Temperatur erreicht, in den Betrieb der Brennkraftmaschine regelnd eingegriffen wird, um einen weiteren Temperaturanstieg zu unterbinden. In der Schrift ist zwar die Rede von einer „Vorhersage" der Katalysatortemperatur, doch basiert die Vorhersage stets auf gegenwärtigen Werten der berücksichtigten Betriebsparameter des Motors. D.h., der Zeithorizont der Vorhersage ist die Zeitspanne, die für einen Temperaturausgleich zwischen dem den Katalysator durchströmenden, unter den berücksichtigten gegenwärtigen Betriebsparametern erzeugten Abgasstrom und dem Material des Katalysators erforderlich ist. Wenn die „Vorhersage" ergibt, dass die Temperatur des Katalysators über einen kritischen Wert ansteigt, so ist zu dem Zeitpunkt, an dem dieses Ergebnis erhalten wird, entweder die tatsächliche Temperatur des Katalysators bereits am kritischen Wert, oder es sind zumin dest durch eine entsprechende Ansteuerung der Brennkraftmaschine alle Voraussetzungen geschaffen, damit die Katalysatortemperatur den kritischen Wert in Kürze zwangsläufig erreichen wird. Dies zwingt dazu, als kritischen Wert eine Temperatur zu wählen, die unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der eine Beschädigung oder beschleunigte Alterung des Katalysators tatsächlich einsetzt, denn nur so kann gewährleistet werden, dass eine den Katalysator schädigende Überhitzung tatsächlich unterbleibt.Out EP-A-0 231 611 discloses an operating method for an internal combustion engine. with the help of an empirically determined model the temperature the catalytic converter based on operating parameters of the engine, namely the air mass flow and the air-fuel ratio, is calculated and, if the calculation shows that the catalyst is a critical temperature reached, is intervened in the operation of the internal combustion engine regulatory, to prevent a further increase in temperature. In Scripture while there is talk of a "prediction" of the catalyst temperature, however, the prediction is always based on current values of the considered ones Operating parameters of the engine. That is, the time horizon of the prediction is the time span for a temperature compensation between the catalyst flowing through, among the considered current Operating parameters generated exhaust stream and the material of the catalyst is required. If the "prediction" shows that the Temperature of the catalyst over a critical value rises, then at the time this result is obtained, either the actual temperature of the catalyst already at the critical value, or at least by a corresponding one Control of the internal combustion engine created all conditions so that the catalyst temperature will inevitably reach the critical value shortly becomes. This forces a critical temperature to be chosen as the critical value below the temperature at which damage or accelerated aging of the catalyst actually starts, because only so can be guaranteed be avoided that a catalyst damaging overheating actually.

In der Praxis hat es sich als notwendig erwiesen, zwischen einer mit dem herkömmlichen Verfahren berechneten Temperatur des Katalysators und einer Temperatur, bei der eine Schädigung des Katalysators durch Überhitzung eintritt, einen Sicherheitsabstand von bis zu 30 K einzuhalten. Dies führt zu deutlichen Verbrauchsnachteilen. Wenn es möglich wäre, den Katalysator unmittelbar unterhalb der Temperatur zu betreiben, an der die Schädigung einsetzt, so ließe sich der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einer um diesen Sicherheitsabstand von 30 K niedrigeren Katalysatortemperatur um ca. 2 % reduzieren.In In practice, it has proved necessary between one with the conventional one Method calculated temperature of the catalyst and a temperature in the case of damage of the catalyst due to overheating enters a safety distance of up to 30 K. this leads to to significant consumption disadvantages. If it were possible, the catalyst immediately operate below the temperature at which the damage starts, so could the fuel consumption of the internal combustion engine in comparison to a 30 K lower catalyst temperature by this safety margin reduce by about 2%.

Es besteht daher Bedarf nach einem Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine und einem Steuergerät zu dessen Durchführung, die es erlauben, den erwähnten Sicherheitsabstand zwischen einer als kritisch angesehenen Temperatur des Katalysators, bei der Maßnahmen zum Verhindern einer Überhitzung des Katalysators getroffen werden müssen, und der Temperatur, bei der die Schädigung einsetzt, zu verringern.It There is therefore a need for an operating method for an internal combustion engine and a controller to carry it out, that allow, the mentioned Safety distance between a critical temperature of the catalyst in the action to prevent overheating of the catalyst must be taken, and the temperature at the damage begins to diminish.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät nach Anspruch 9.The Task is solved by an operating method with the features of claim 1 and a control unit according to claim 9.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst als einen Verfahrensschritt das Erfassen eines Satzes von die Tempera tur des Abgaskatalysators beeinflussenden Betriebsparametern der Kraftmaschine. Welche Parameter dies sind, hängt von einem zum Berechnen der Katalysatortemperatur verwendeten mathematischen Modell ab. Bei dem in der bereits erwähnten EP-A-0 231 611 verwendetem Modell sind diese Parameter der Luftmassenstrom und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis; es ist jedoch ohne Weiteres denkbar, die Berechnung anhand von anderen, mit diesen korrelierten Parametern durchzuführen. Selbstverständlich können neben Luftmassenstrom und Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch zusätzliche Parameter wie z.B. die Umgebungstemperatur des Katalysators und der Brennkraftmaschine, eine an der Brennkraftmaschine selbst gemessene Temperatur, die Differenz zwischen aktuellem und optimalem Zündzeitpunkt, die Drehmomentreserve etc. berücksichtigt werden.The inventive method comprises as a method step the detection of a set of the tempera ture of the catalytic converter influencing operating parameters the engine. Which parameters are these depends on one for the calculation the catalyst temperature used mathematical model. In the already mentioned in the EP-A-0 231 611 used Model, these parameters are the air mass flow and the air-fuel ratio; it however, is easily conceivable, the calculation being based on other with these correlated parameters. Of course, besides Air mass flow and air-fuel ratio also additional Parameters such as the ambient temperature of the catalyst and the internal combustion engine, a measured at the internal combustion engine itself Temperature, the difference between current and optimal ignition timing, the torque reserve etc. taken into account become.

Anhand des so erfassten Satzes von Parameterwerten und wenigstens eines zu einem früheren Zeitpunkt erfassten Satzes von Werten derselben Parameter wird die Temperatur des Katalysators an einem zukünftigen Zeitpunkt prognostiziert.Based of the set of parameter values thus detected and at least one to an earlier At the time the set of values of the same parameter becomes the Temperature of the catalyst at a future time predicted.

Einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens zufolge geschieht dies, indem eine Entwicklungstendenz dieser Werte jedes einzelnen Parameters beurteilt und der Wert des Parameters auf den zukünftigen Zeitpunkt extrapoliert wird.one According to the first embodiment of the method, this is done by a trend of these values of each individual parameter assessed and the value of the parameter on the future Time is extrapolated.

D.h., wenn z.B. aufgrund eines Beschleunigungsvorgangs der Luftmassenstrom anwächst, so wird dies aus einem Vergleich des gegenwärtigen und eines vergangenen Luftmassenstromwerts erkannt, und ein zukünftiger Luftmassenstromwert wird unter der Annahme einer Fortsetzung der erkannten Entwicklung prognostiziert.that is, if e.g. due to an acceleration process, the air mass flow increases, so this is a comparison of the present and a past Detected air mass flow value, and a future mass air flow value is assuming a continuation of the perceived evolution predicts.

Anhand der so prognostizierten zukünftigen Parameterwerte wird eine Prognose der Katalysatortemperatur zu dem zukünftigen Zeitpunkt getroffen. Dabei kann das zum Abschätzen der zukünftigen Katalysatortemperatur aus den zukünfti gen Parameterwerten verwendete mathematische Modell ein an sich bereits bekanntes Modell sein, welches herkömmlicherweise zur Berechnung der Katalysatortemperatur aus gegenwärtigen Betriebsparameterwerten verwendet wird.On the basis of the thus forecast future parameter values, a prognosis of the catalyst temperature is made at the future time. In this case, the mathematical model used to estimate the future catalyst temperature from the future parameter values may be an already known model, which is conventionally used to calculate the catalyst temperature from current operating parameter values.

Einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens zufolge findet die Prognose statt, indem aus den zum gegenwärtigen Zeitpunkt und dem wenigstens einen früheren Zeitpunkt erfassten Parameterwerten jeweils die Katalysatortemperatur zu den betreffenden Zeitpunkten abgeschätzt und die daraus erkennbare Entwicklungstendenz der Temperatur in die Zukunft extrapoliert wird.one According to a second embodiment of the method, the prognosis takes place instead of moving from the current Time and the at least one earlier time recorded parameter values in each case the catalyst temperature at the respective times estimated and the apparent trend of the temperature in the future is extrapolated.

Wenn die auf diese Weise vorausgesagte Temperatur des Katalysators einen Grenzwert überschreitet, werden Maßnahmen zum Kühlen des Katalysators getroffen. D.h., die Maßnahmen zum Kühlen setzen bereits zu einem Zeitpunkt ein, wo die prognostizierte Katalysatortemperatur noch nicht erreicht ist. Daher ist es möglich, den Grenzwert höher anzusetzen als bei herkömmlichen Verfahren. Da außerdem die Zeit, zu der die Katalysatortemperatur den Grenzwert erreicht, weiter in der Zukunft liegt als bei einer auf gegenwärtigen Betriebsparameterwerten basierenden Temperaturberechnung, steht für Maßnahmen zum Kühlen des Katalysators mehr Zeit zur Verfügung, so dass die zum Kühlen des Katalysators eventuell erforderlichen Eingriffe in den Betrieb der Brennkraftmaschine weniger heftig sein können.If the thus predicted temperature of the catalyst Exceeds limit, become action for cooling hit the catalyst. That is, set the measures for cooling already at a time when the predicted catalyst temperature not yet reached. Therefore, it is possible to set the limit higher as with conventional Method. There as well the time when the catalyst temperature reaches the limit, further in the future than at a current operating parameter value based Temperature calculation, stands for activities for cooling the catalyst has more time available, allowing for the cooling of the Catalyst possibly necessary intervention in the operation of the internal combustion engine can be less violent.

Eine Möglichkeit, den Katalysator zu kühlen, ist, das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch anzufetten, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen niedrigeren Wert zu setzen als den für den zukünftigen Zeitpunkt ursprünglich vorausgesagten.A Possibility, to cool the catalyst is that supplied to the internal combustion engine To be greased mixture, i. the air-fuel ratio on to set a value lower than that originally forecast for the future time.

Generell und unabhängig von der Art des berücksichtigten Betriebsparameters kann vorgesehen werden, dass eine vorhergesagte Betriebsparameteränderung gesperrt wird, so dass sie nicht ausgeführt werden kann, wenn festgestellt wird, dass sie zu einer Überschreitung des Grenzwerts der Katalysatortemperatur führen würde.As a general rule and independent of the kind considered Operating parameters can be provided that a predicted Operating parameters change is locked so that it can not be executed when detected that will make her overreach the limit value of the catalyst temperature would result.

Die einfachste Möglichkeit einer Prognose zukünftiger Werte der Betriebsparameter ist eine lineare Extrapolation anhand des gegenwärtigen und eines vergangenen Werts eines Parameters. Je nach verfügbarer Verarbeitungsleistung des das Betriebsverfahren ausführenden Steuergeräts sind jedoch auch aufwändigere Prognoseverfahren wie etwa eine Extrapolation höherer Ordnung oder eine Regressionsberechnung möglich, die jeweils die Berücksichtigung von Parameterwerten zu mehreren vergangenen Zeitpunkten erfordern. Auch heuristische Verfahren, insbesondere Fuzzy-Logic-Verfahren, kommen als Prognoseverfahren in Betracht.The easiest way a forecast of future Values of operating parameters is a linear extrapolation of the present and a past value of a parameter. Depending on the available processing power of the operating procedure exporting ECU but are also more elaborate Forecasting methods such as extrapolation of a higher order or a regression calculation possible, each taking the consideration require parameter values at several past times. Also heuristic methods, in particular fuzzy logic methods, come as a forecasting process into consideration.

Eine andere Möglichkeit der Prognose ist, anhand der gegenwärtigen und vergangenen Werte der Parameter zu beurteilen, ob die Last der Brennkraftmaschine und damit die Temperatur des Katalysators zunimmt, und, wenn eine Zunahme festgestellt wird, der Wert wenigstens eines Parameters zu dem zukünftigen Zeitpunkt abgeschätzt wird durch Hinzuaddieren eines für diesen Parameter vorgegebenen Inkrements zum gegenwärtigen Wert dieses Parameters. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Parameter so definiert ist, dass seine Zunahme zu einem Anstieg der Katalysatortemperatur führt. Eine Einschränkung hinsichtlich der Art der Parameter ist damit nicht verbunden, da jeder Parameter, dessen Zunahme zu einer Abnahme der Katalysatortemperatur führt, durch Vorzeichenumkehr umgewandelt werden kann in einen Parameter, der mit der Katalysatortemperatur wächst.A different possibility The forecast is based on the current and past values of the Parameter to assess whether the load of the internal combustion engine and so that the temperature of the catalyst increases, and, if an increase the value of at least one parameter is determined to be the future one Estimated time is added by adding a for these parameters given increments to the current value this parameter. It is assumed that the parameter is defined so that its increase causes an increase in the catalyst temperature leads. A restriction in terms of the nature of the parameters is not associated with it, since each parameter, its increase to a decrease in the catalyst temperature leads, can be converted by sign reversal into a parameter, which grows with the catalyst temperature.

Beide oben beschriebenen Ansätze, die lineare oder anderweitige Extrapolation und das Hinzuaddieren eines festen Inkrements, können in einem Betriebsverfahren miteinander kombiniert werden, indem sie auf jeweils verschiedene Parameter angewandet werden.Both approaches described above, linear or other extrapolation and addition of a fixed increment be combined in an operating procedure by: they can be applied to different parameters.

Um die Betriebssicherheit des Verfahrens zusätzlich zu erhöhen, kann vorgesehen werden, dass, nachdem die zukünftigen Parameterwerte abgeschätzt worden sind, die Entwicklung der betreffenden Parameter überwacht wird und eine Veränderung dieser Parameter über die prognostizierten Werte hinaus, die zu einer a priori nicht bekannten Katalysatortemperatur führen könnte, gesperrt wird.Around can additionally increase the reliability of the process be provided that after the future parameter values have been estimated are the development of the relevant parameters monitored will and a change this parameter over the predicted values that are not known a priori Catalyst temperature lead could, is locked.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments with reference to the attached Characters. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit nachgeordnetem Abgaskatalysator, an der die vorliegende Erfindung anwendbar ist; 1 a schematic representation of an internal combustion engine with downstream catalytic converter, to which the present invention is applicable;

2 ein Flussdiagramm einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens; 2 a flowchart of a first embodiment of the operating method according to the invention;

3 eine erste Abwandlung des Verfahrens aus 2; 3 a first modification of the method 2 ;

4 eine zweite Abwandlung des Verfahrens aus 2; und 4 a second modification of the method 2 ; and

5 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens; 5 a flow chart of a second off design of the operating method according to the invention;

In der 1 ist mit 1 eine einzelne Brennkammer einer Brennkraftmaschine wie etwa eines Otto-Motors bezeichnet. An der Brennkammer 1 sind wenigstens ein Einlassventil 2 für Frischluft, wenigstens ein Auslassventil 3 für Abgas sowie ein Kraftstoff-Einspritzventil 4 angeordnet, welches Kraftstoff direkt in die Brennkammer 1 zerstäubt. In einer dem Einlassventil 2 vorgeschalteten Ansaugleitung 5 ist eine durch einen Stellmotor 6 einstellbare Drosselklappe 7 angeordnet. Zwischen der Drosselklappe 7 und dem Einlassventil 2 befindet sich ein (nicht dargestellter) Verteiler, über den weitere, in der Figur nicht dargestellte Brennkammern mit Frischluft versorgt werden.In the 1 is with 1 denotes a single combustion chamber of an internal combustion engine such as an Otto engine. At the combustion chamber 1 are at least one inlet valve 2 for fresh air, at least one outlet valve 3 for exhaust gas and a fuel injection valve 4 arranged, which fuel directly into the combustion chamber 1 atomized. In an inlet valve 2 upstream suction line 5 is one by a servomotor 6 adjustable throttle 7 arranged. Between the throttle 7 and the inlet valve 2 There is a (not shown) distributor, are supplied via the other, not shown in the figure combustion chambers with fresh air.

Ein Luftmassensensor 8 ist in der Ansaugleitung 5 vor der Drosselklappe 7 angeordnet. Alternativ oder ergänzend könnte zum Abschätzen des Luftdurchsatzes der Brennkraftmaschine ein Drucksensor in der Ansaugleitung 5 stromabwärts von der Drosselklappe 7 angeordnet sein.An air mass sensor 8th is in the intake pipe 5 in front of the throttle 7 arranged. Alternatively or additionally, for estimating the air flow rate of the internal combustion engine, a pressure sensor in the intake line could be used 5 downstream of the throttle 7 be arranged.

Eine vom Auslassventil 3 ausgehende Abgasleitung verläuft zu einem Abgaskatalysator 9.One from the exhaust valve 3 outgoing exhaust pipe runs to a catalytic converter 9 ,

Ein Steuergerät 10 der in einem Kraftfahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine ist mit einem Fahrpedal 11 verbunden, um einen Lastwunsch des Fahrers zu erfassen und anhand dieses Lastwunsches, des vom Sensor 8 erfassten Luftmassenstroms, einer von einem Drehzahlsensor 12 an einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine erfassten Drehzahl sowie gegebenenfalls weiterer Einflussgrößen die Stellung der Drosselklappe 7 und die vom Einspritzventil 4 einzuspritzende Kraftstoffmenge festzulegen. Das Steuergerät 10 ist in an sich bekannter und hier nicht genauer erläuterter Weise als Mikrocontroller mit einer CPU, einem Festwertspeicher zum Speichern eines Betriebsprogramms sowie diverser für den Betrieb der CPU benötigter Kennkurven und sonstiger Parameter, einen Arbeitsspeicher für von der CPU verwendete Variablen und diversen Ein-Ausgabeschnittstellen für die Kommunikation mit den diversen Sensoren, dem Stellmotor 6 und dem Einspritzventil 4 aufgebaut. Das erfindungsgemäße Verfahren ist als Teil des Betriebsprogramms des Steuergeräts 10 implementiert.A control unit 10 the internal combustion engine installed in a motor vehicle is equipped with an accelerator pedal 11 connected to detect a load request of the driver and on the basis of this load request, that of the sensor 8th detected mass air flow, one of a speed sensor 12 on a crankshaft 13 the engine detected speed and possibly other factors influencing the position of the throttle 7 and those from the injector 4 to specify the amount of fuel to be injected. The control unit 10 is in a known and not explained in more detail here way as a microcontroller with a CPU, a read only memory for storing an operating program and various required for the operation of the CPU characteristics and other parameters, a memory for variables used by the CPU and various input-output interfaces for the communication with the various sensors, the servomotor 6 and the injection valve 4 built up. The method according to the invention is part of the operating program of the control unit 10 implemented.

Eine erste Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand des Flussdiagramms der 2 erläutert. Die in 2 dargestellten Verfahrensschritte werden zu Zeitpunkten tn-1, tn, tn+1, ... wiederholt. Für die Beschreibung wird angenommen, dass der Zeitpunkt tn der Gegenwart entspricht.A first embodiment of the method is based on the flowchart of 2 explained. In the 2 shown method steps are repeated at times t n-1 , t n , t n + 1 , .... For the description, it is assumed that the instant t n corresponds to the present.

In Schritt S1 werden Werte Pi(tn) eines Satzes {Pi} von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gemessen. Zu diesen Betriebsparametern gehören der vom Luftmassensensor 8 erfasste Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine sowie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ, das mit Hilfe einer λ-Sonde 14 in der Abgasleitung direkt erfasst werden oder bei so genanntem vorgesteuertem Betrieb durch die Motorsteuerung vorgegeben sein kann. Alternativ könnten auch andere Parameterkombinationen erfasst werden, die mit den genannten in einem bekannten Zusammenhang stehen, z.B. der Druck im Ansaugverteiler und/oder der Öffnungswinkel der Drosselklappe und die vom Sensor 12 erfasste Drehzahl, die einen Rückschluss auf den Gasdurchsatz der Brennkraftmaschine zulassen, der Durchsatz des Einspritzventils 4, aus dem zusammen mit dem Gasdurchsatz, abgeglichen über die λ-Regelung, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeschätzt werden kann, etc..In step S1, values P i (t n ) of a set {P i } of operating parameters of the internal combustion engine are measured. These operating parameters include those of the air mass sensor 8th detected air flow rate of the internal combustion engine and the air-fuel ratio λ, with the aid of a λ-probe 14 be detected directly in the exhaust pipe or may be specified by the engine control in so-called pre-controlled operation. Alternatively, other parameter combinations could be detected, which are in a known relationship with the mentioned, for example, the pressure in the intake manifold and / or the opening angle of the throttle valve and the sensor 12 detected speed, which allow a conclusion on the gas flow rate of the internal combustion engine, the flow rate of the injection valve 4 from which, together with the gas flow rate, adjusted by the λ-control, the air-fuel ratio can be estimated, etc ..

Weitere Parameter, die zum Satz {Pi} gehören können, sind z.B. die Temperatur der Wand der Brennkammer 1 und/oder die Kühlmittel- oder Öltemperatur, die einen Einfluss auf die Temperatur des dem Katalysator zugeführten Abgases haben, oder die Umgebungstemperatur, die die Wärmeverluste des Katalysators 9 beeinflusst. Die Stellung des Fahrpedals 1 selbst kann zum Parametersatz {Pi} gezählt werden, muss es aber nicht, da ihr Einfluss auf die Katalysatortemperatur mittelbar, über die vom Steuergerät 10 in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung beeinflussten Betriebsparameter wie etwa Drosselklappenstellung, Luftdurchsatz etc. erfasst wird.Further parameters which may belong to the set {P i } are, for example, the temperature of the wall of the combustion chamber 1 and / or the coolant or oil temperature, which have an influence on the temperature of the exhaust gas fed to the catalyst, or the ambient temperature, which is the heat losses of the catalyst 9 affected. The position of the accelerator pedal 1 itself can be counted to the parameter set {P i }, but it does not have, since its influence on the catalyst temperature indirectly, via the control unit 10 depending on the accelerator pedal position influenced operating parameters such as throttle position, air flow rate, etc. is detected.

Auch die zeitlichen Ableitungen der oben als zum Satz {Pi} gehörend erwähnten Parameter können ihrerseits zu dem Parametersatz gehören; ihre Berücksichtigung ermöglicht es, die Prognose der Katalysatortemperatur nicht nur auf die gegenwärtig messbaren Werte der einzelnen Parameter zu stützen, sondern auch auf die Werte, die sie in einer nahen Zukunft voraussichtlich annehmen werden.Also, the time derivatives of the parameters mentioned above as belonging to the set {P i } may themselves belong to the parameter set; their consideration makes it possible to base the catalyst temperature forecast not only on the currently measurable values of the individual parameters, but also on the values which they are likely to assume in the near future.

In Schritt S2 berechnet das Steuergerät 10 aus den so erfassten Parameterwerten Pi(tn) und den zum vorherigen Zeitpunkt tn-1 erfassten und zwischenzeitlich gespeicherten Parameterwerten Pi(tn-1) jeweils die Differenz Δn,i = Pi(tn) – Pi(tn-1). Anschließend speichert sie den neuen Satz von Parameterwerten Pi(tn) in Schritt S3, wobei sie den jeweils ältesten gespeicherten Satz überschreibt. Beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist jeweils nur ein Satz von Parameterwerten gespeichert, d.h. die Parameterwerte Pi(tn-1) werden überschrieben.In step S2, the controller calculates 10 from the parameter values P i (t n ) thus acquired and the parameter values P i (t n-1 ) acquired at the previous time t n-1 and in each case the difference Δ n, i = P i (t n ) -P i (tn -1 ). It then stores the new set of parameter values P i (t n ) in step S3, overwriting the oldest stored set. In the exemplary embodiment considered here, only one set of parameter values is stored in each case, ie the parameter values P i (t n-1 ) are overwritten.

In Schritt S4 werden für den zukünftigen Zeitpunkt tn+1 Parameterwerte P*i(tn+1) prognostiziert durch Hinzuaddieren der Differenz Δn,i zu den aktuellen Parameterwerten Pi(tn)In step S4, for the future time t n + 1, parameter values P * i (t n + 1 ) are predicted by adding the difference Δ n, i to the current parameter values P i (t n )

In Schritt S5 berechnet das Steuergerät 10 eine prognostizierte Katalysatortemperatur T*(tn+1) anhand der prognostizierten Parameterwerte P*i(tn+1).In step S5, the controller calculates 10 a predicted catalyst temperature T * (t n + 1 ) based on the predicted parameter values P * i (t n + 1 ).

In Schritt S6 wird überprüft, ob die für den Zeitpunkt tn+1 vorhergesagte Temperatur T*(tn+1) eine für den Dauerbetrieb des Katalysators maximal zulässige Temperatur TC überschreitet. Wenn nicht, dann sind die Betriebsparameterwerte P*i(tn+1), die der Prognose von Schritt S5 zugrundegelegen haben, unproblematisch, und die Kraftmaschine kann mit diesen Parameterwerten betrieben werden. In diesem Fall springt das Verfahren unmittelbar zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Schritt S10. Wenn die Überprüfung ergibt, dass die prognostizierte Temperatur höher ist als die Temperatur TC, dann sind Maßnahmen zum Schutz des Katalysators 9 vor Überhitzung erforderlich. Zu diesem Zweck überprüft das Steuergerät 10 zunächst in Schritt S7, ob die gegenwärtigen Betriebsbedingungen fetter Verbrennung oder stöchiometrischer bis magerer Verbrennung entsprechen. Im ersteren Fall (λ<1) muss zum Schutz des Katalysators das Gemisch weiter angefettet werden; dementsprechend wird in Schritt S8 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors herabgesetzt.In step S6 it is checked whether the predicted for the time t n + 1 temperature T * (t n + 1 ) exceeds a maximum permissible for the continuous operation of the catalyst temperature T C. If not, then the operating parameter values P * i (t n + 1 ) based on the prediction of step S5 are straightforward and the engine can be operated with these parameter values. In this case, the method immediately jumps to the driving of the internal combustion engine in step S10. If the verification shows that the predicted temperature is higher than the temperature T C , then there are measures to protect the catalyst 9 required before overheating. For this purpose, the control unit checks 10 first in step S7, whether the current operating conditions correspond to rich combustion or stoichiometric to lean combustion. In the former case (λ <1), the mixture must be further enriched to protect the catalyst; accordingly, in step S8, the air-fuel ratio of the engine is decreased.

Wenn in Schritt S7 magere Verbrennung festgestellt wird, ist Sauerstoff im Katalysator gespeichert, und ein plötzliches Anfetten des Gemischs würde zu dessen schneller Umsetzung und damit zu einer weiteren Temperatursteigerung führen. In diesem Fall muss die Last der Brennkraftmaschine herabgesetzt werden.If In step S7, lean combustion is detected is oxygen stored in the catalyst, and a sudden enrichment of the mixture would become its quick implementation and thus to a further increase in temperature to lead. In this case, the load of the internal combustion engine must be reduced become.

Es folgt die Ansteuerung des Motors (S10) mit jeweils durch den Schritt S8 oder S9 korrigierten Werten der Drosselklappenstellung bzw. des Luftdurchsatzes und/oder der Einspritzmenge.It follows the control of the motor (S10), each by the step S8 or S9 corrected values of the throttle position or the Air flow rate and / or the injection quantity.

Bei einer ersten Abwandlung des Verfahrens von 2 ist der Schritt S4 von 2 durch den Schritt S4' der 3 ersetzt. Anstatt zum gegenwärtigen Wert Pi(tn) nur die in Schritt S2 berechnete Änderung Δn,i hinzuzuaddieren, wird in Schritt S4' diese Änderung vorher mit einem Faktor a multipliziert, der größer ist als 1. Dies kann aufgefasst werden als die Einführung eines Sicherheitszuschlags, der berücksichtigt, dass die Änderung des Parameters Pi in Zukunft stärker sein könnte als in der Vergangenheit, oder als die Prognose für einen Zeitpunkt tn + a δ, wobei δ = tn+1 – tn, d.h., für einen Zeitpunkt, der weiter in der Zukunft liegt als tn+1 Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Überschreitung des Grenzwerts TC prognostiziert wird, ist beim Verfahren gemäß 3 größer als bei dem nach 2, d.h., die Prognose ist zwar mit mehr Ungewissheit behaftet, eine drohende Überschreitung der kritischen Temperatur TC wird jedoch früher erkannt, und die zum Verhindern der Überschreitung erforderlichen Änderungen der Last oder des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses können kleiner gewählt werden als im Falle von 2. So ergibt sich bei hochdynamischem Betrieb des Motors automatisch ein vergrößerter Sicherheitsabstand zur Grenztemperatur TC, während bei stationärem Betrieb sehr nah an der Grenztemperatur TC und damit Kraftstoff sparend gefahren werden kann.In a first modification of the method of 2 is the step S4 of 2 by the step S4 'of 3 replaced. Instead of adding to the present value P i (t n ) only the change Δ n, i calculated in step S2, this change is previously multiplied by a factor a which is greater than 1 in step S4 '. This can be understood as the introduction a safety margin taking into account that the change in the parameter P i could be stronger in the future than in the past, or as the forecast for a time t n + a δ, where δ = t n + 1 - t n , ie a time farther in the future than t n + 1 The probability of exceeding the limit value T C is predicted in the method according to FIG 3 bigger than the one after 2 That is, the prognosis is more uncertain, but an impending exceedance of the critical temperature T C is detected sooner, and the changes of the load or the air-fuel ratio required to prevent the overshoot can be made smaller than in the case of FIG 2 , This results in highly dynamic operation of the engine automatically increased safety distance to the limit temperature T C , while stationary operation can be driven very close to the limit temperature T C and thus fuel-saving.

Es liegt auf der Hand, dass es noch eine Vielzahl weiterer Methoden gibt, mit denen sich prognostizierte Betriebsparameterwerte P*i(tn+1) berechnen lassen. So kann z.B. anhand von gegenwärtigen und mehreren vergangenen Messwerten der betreffenden Betriebsparameter eine lineare Ausgleichsfunktion durch lineare Regression berechnet werden und der Wert dieser Ausgleichsfunktion zum Zeitpunkt tn+1 als Prognosewert eingesetzt werden.It is obvious that there are a number of other methods with which predicted operating parameter values P * i (t n + 1 ) can be calculated. Thus, for example, a linear compensation function can be calculated by linear regression on the basis of current and several past measured values of the relevant operating parameters, and the value of this compensation function at time t n + 1 can be used as the forecast value.

Eine weitere Abwandlung des Schritts S4 ist in 4 dargestellt. Hier wird lediglich in Schritt S4a für den Parameter Pi beurteilt, ob das Vorzeichen seiner Änderung Δn,i derart ist, dass die Änderung zu einem Anstieg der Katalysatortemperatur führt. Wenn nein, bleibt die Änderung unberücksichtigt: der gegenwärtige Wert Pi(tn) wird im Schritt S4b auch als Prognosewert für den Zeitpunkt tn+1 angenommen. Wenn jedoch die Änderung Δn,i zu einem Anstieg der Temperatur führt, so wird in Schritt S4c als Prognosewert P*i(tn+1) die Summe aus dem gegenwärtigen Parameterwert Pi(tn) und einem für diesen Parameter vorab festgelegten Inkrement Incri angenommen. Als Inkrement Incri ist zweckmäßigerweise ein Wert angesetzt, der dem maximal möglichen Anstieg des Parameters Pi vom Zeitpunkt tn bis zum Zeitpunkt tn+1 entspricht. Ein solcher maximal möglicher Anstieg kann sich z.B. für den Luftmassenstrom als Parameter daraus ergeben, dass die mögliche Beschleunigung des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, und mit ihr die Zunahme der Kurbelwellendrehzahl bzw. des Luftmassenstroms begrenzt ist durch das Verhältnis von verfügbarer Leistung der Brennkraftmaschine zur Fahrzeugmasse. Für einen Parameter wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann ein maximales Inkrement in dem vom Steuergerät 10 ausgeführten Betriebsprogramm festgelegt sein.Another modification of step S4 is in 4 shown. Here S4a is judged for the parameter P i in only step, whether the sign of its change Δ n is i such that the modification results in an increase in the catalyst temperature. If not, the change is disregarded: the current value P i (t n ) is also assumed as the forecast value for the time t n + 1 in step S 4 b. However, if the change .DELTA.n , i leads to an increase in the temperature, then in step S4c the predicted value P * i (t n + 1 ) is the sum of the current parameter value P i (t n ) and one predetermined for this parameter Increment Incr i assumed. A value which corresponds to the maximum possible rise of the parameter P i from the time t n to the time t n + 1 is expediently used as the increment Incr i . Such a maximally possible increase may, for example, result for the mass air flow as a parameter from the fact that the possible acceleration of the vehicle in which the internal combustion engine is installed and with it the increase of the crankshaft speed or of the air mass flow is limited by the ratio of available power of the engine Internal combustion engine for vehicle mass. For a parameter such as the air-fuel ratio, a maximum increment in that from the controller 10 be established.

5 zeigt ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens. Wie im Falle der 2 werden die Schritte dieses Verfahrens zyklisch zu Zeitpunkten tn-1, tn, tn+1, ... wiederholt, wobei für die Beschreibung angenommen wird, dass der Zeitpunkt tn der Gegenwart entspricht. 5 shows a flowchart of a second embodiment of the method. As in the case of 2 The steps of this method are cyclically at times t n-1, t n, t n + 1, ... are repeated, it being assumed for the description that the time t n the presence corresponds.

Schritt S1 ist identisch mit dem gleich bezeichneten Schritt von 2 und wird nicht erneut beschrieben. Aus den in Schritt S1 für den Zeitpunkt tn gemessenen Parameterwerten Pi(tn) wird in Schritt S2'' die Temperatur T(tn) des Katalysators zum gegenwärtigen Zeitpunkt tn berechnet. In Schritt S3'' wird die Differenz Δn zwischen der gegenwärtigen Temperatur T(tn) und der während der vorhergehenden Iteration gespeicherten Temperatur T(tn-1) zum Zeitpunkt t(n-1) berechnet. In Schritt S4'' wird die gegenwärtige Temperatur T(tn) zur Verwendung in der kommenden Iteration gespeichert. Die für den Zeitpunkt tn+1 zu prognostizierende Temperatur T*(tn+1) wird in Schritt S5'' durch einfache Extrapolation der beobachteten Entwicklungstendenz der Temperatur, durch Hinzuaddieren von Δn zu T(tn), erhalten. Die sich anschließenden Schritte S6 bis S10 sind wiederum mit denen des Verfahrens der 2 identisch und werden nicht erneut erläutert.Step S1 is identical to the step of FIG 2 and will not be described again. From the parameter values P i (t n ) measured in step S 1 for the instant t n, the temperature T (t n ) of the catalyst at the present time t n is calculated in step S 2 ''. In step S3 '' the difference Δ n between the current temperature T (t n ) and the temperature T (t n-1 ) stored during the previous iteration is calculated at time t ( n-1 ). In step S4 ", the current temperature T (t n ) is stored for use in the upcoming iteration. The for the time t n + 1 to be forecasted temperature T * (t n + 1) in step n S5 '' by simple extrapolation of the observed development trend of the temperature, by adding of Δ to T (t n) is obtained. The subsequent steps S6 to S10 are again with those of the method of 2 identical and will not be explained again.

Der Rechenaufwand ist bei diesem Verfahren deutlich kleiner als beim Verfahren der 2, da nur ein einziger Wert, die Temperatur, und nicht sämtliche Parameter Pi extrapoliert werden müssen. Sofern die Temperatur eine monotone Funktion der einzelnen Parameter Pi ist, ist damit jedoch keine maßgebliche Einbuße an Prognosesicherheit verbunden.The computational effort is significantly smaller in this method than in the method of 2 because only a single value, the temperature, and not all parameters P i need to be extrapolated. If the temperature is a monotonous function of the individual parameters P i , however, this does not involve a significant loss of forecast reliability.

11
Brennkammercombustion chamber
22
Einlassventilintake valve
33
Auslassventiloutlet valve
44
Kraftstoff-EinspritzventilFuel injection valve
55
Ansaugleitungsuction
66
Stellmotorservomotor
77
Drosselklappethrottle
88th
LuftmassensensorAir mass sensor
99
Abgaskatalysatorcatalytic converter
1010
Steuergerätcontrol unit
1111
Fahrpedalaccelerator
1212
DrehzahlsensorSpeed sensor
1313
Kurbelwellecrankshaft
1414
λ-Sondeλ-probe

Claims (9)

Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit Abgaskatalysator (9), mit den Schritten a) Erfassen von Werten eines Satzes von die Temperatur des Abgaskatalysators (9) beeinflussenden Betriebsparametern (Pi(tn)) der Brennkraftmaschine (S1); b) Abschätzen der Temperatur (T*(tn+1)) des Abgaskatalysators (9) zu einem zukünftigen Zeitpunkt (tn+1) anhand der Werte (Pi(tn), Pi(tn-1)) der Parameter zum gegenwärtigen (tn) und wenigstens einem vergangenen Zeitpunkt (tn-1) (S4; S4'; S4a-S4c); c) wenn die in Schritt b) abgeschätzte Temperatur (T*(tn+1)) einen Grenzwert überschreitet, Kühlen (S7-S10) des Abgaskatalysators (9).Operating method for an internal combustion engine with catalytic converter ( 9 ), comprising the steps of a) detecting values of a set of the temperature of the catalytic converter ( 9 ) influencing operating parameters (P i (t n )) of the internal combustion engine (S1); b) estimating the temperature (T * (t n + 1 )) of the catalytic converter ( 9 ) at a future time (t n + 1 ) on the basis of the values (P i (t n ), P i (t n-1 )) of the parameters at the present (t n ) and at least one past time (t n-1 ) (S4; S4 ';S4a-S4c); c) if the temperature (T * (t n + 1 )) estimated in step b) exceeds a limit value, cooling (S7-S10) of the exhaust gas catalytic converter ( 9 ). Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt b) folgende Teilschritte umfasst: b1) Abschätzen der Werte (P*i(tn+1)) der Parameter des Satzes zu dem zukünftigen Zeitpunkt (tn+1) anhand der Werte (Pi(tn), Pi(tn-1)) der Parameter zum gegenwärtigen (tn) und wenigstens einem vergangenen Zeitpunkt (tn-1) (S4; S4'; S4a-S4c); b2) Abschätzen der Temperatur (T*(tn+1)) des Abgaskatalysators (9) zu dem zukünftigen Zeitpunkt anhand der in Schritt b1) abgeschätzten Parameterwerte (S5).Operating method according to claim 1, wherein step b) comprises the following substeps: b1) estimating the values (P * i (t n + 1 )) of the parameters of the set at the future time (t n + 1 ) on the basis of the values (P i (t n ), P i (t n-1 )) of the parameters at the present (t n ) and at least one past time (t n-1 ) (S4; S4 ';S4a-S4c); b2) estimating the temperature (T * (t n + 1 )) of the catalytic converter ( 9 ) at the future time based on the parameter values (S5) estimated in step b1). Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt b) folgende Teilschritte umfasst: b1') Abschätzen der Temperaturen (T(tn), T(tn-1)) des Abgaskatalysators (9) zum gegenwärtigen (tn) und wenigstens einem vergangenen Zeitpunkt (tn-1); b2') Abschätzen der Temperatur (T*(tn+1)) des Abgaskatalysators (9) zu dem zukünftigen Zeitpunkt (tn+1) anhand der in Schritt b1') abgeschätzten Temperaturen (S5'').Operating method according to claim 1, in which step b) comprises the following sub-steps: b1 ') estimating the temperatures (T (t n ), T (t n-1 )) of the catalytic converter ( 9 ) at the present (t n ) and at least one past time (t n-1 ); b2 ') estimating the temperature (T * (t n + 1 )) of the catalytic converter ( 9 ) at the future time (t n + 1 ) based on the estimated temperatures in step b1 ') (S5''). Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zum Kühlen des Abgaskatalysators (9) das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch angefettet wird (S8).Operating method according to one of claims 1 to 3, wherein for cooling the catalytic converter ( 9 ) the mixture supplied to the internal combustion engine is enriched (S8). Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zum Kühlen des Abgaskatalysators (9) die Last der Brennkraftmaschine unter einen einer momentanen Fahrpedalstellung entsprechenden Wert reduziert wird (S9).Operating method according to one of claims 1 to 3, wherein for cooling the catalytic converter ( 9 ) the load of the internal combustion engine is reduced below a value corresponding to a current accelerator pedal position (S9). Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt b) der zukünftige Wert wenigstens eines Parameters aus seinem gegenwärtigen Wert und seinem Wert zu dem einen vergangenen Zeitpunkt linear extrapoliert wird.Operating method according to one of the preceding claims, in in step b) the future Value of at least one parameter from its current value and its value is linearly extrapolated to the one past time becomes. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt b) anhand der gegenwärtigen und vergangenen Werte eines der Parameter beurteilt wird, ob die Änderung des Parameters zu einer Steigerung der Temperatur des Abgaskatalysators (9) führt (S4a), und dass, wenn dies festgestellt wird, der Wert des betreffenden Parameters zu dem zukünftigen Zeitpunkt abgeschätzt wird durch Hinzuaddieren (S4c) eines vorgegebenen Inkrements (Incri) zum gegenwärtigen Wert des Parameters (Pi(tn)).Operating method according to one of the preceding claims, in which it is judged in step b) on the basis of the current and past values of one of the parameters whether the change of the parameter leads to an increase of the temperature of the catalytic converter ( 9 ) (S4a) and that, if determined, the value of the parameter in question is estimated at the future time by adding (S4c) a given increment (Incr i ) to the current value of the parameter (P i (t n )) , Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Satz von Parametern die Drehzahl, der Luftmassenstrom, und/oder das Luft-Kraftstoffverhältnis der Brennkraftmaschine angehört/angehören.Operating method according to one of the preceding claims, in the speed of the set of parameters, the mass air flow, and / or the Air-fuel ratio belongs / belong to the internal combustion engine. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.control unit for one Internal combustion engine that is set up, the method after a of the preceding claims perform.
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