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
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:
In
der
Ein
Luftmassensensor
Eine
vom Auslassventil
Ein
Steuergerät
Eine
erste Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand des Flussdiagramms
der
In
Schritt S1 werden Werte Pi(tn)
eines Satzes {Pi} von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine gemessen. Zu diesen Betriebsparametern gehören der
vom Luftmassensensor
Weitere
Parameter, die zum Satz {Pi} gehören können, sind
z.B. die Temperatur der Wand der Brennkammer
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
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
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
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
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
Schritt
S1 ist identisch mit dem gleich bezeichneten Schritt von
Der
Rechenaufwand ist bei diesem Verfahren deutlich kleiner als beim
Verfahren der
- 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)
Priority Applications (1)
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