DE102006044770B4

DE102006044770B4 - Verfahren zur Bestimmung des Lambda-Signals während der Regeneration eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102006044770B4
Application number: DE102006044770.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Michalske; Thomas Zein; Heiko Lenhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2026-09-23
Also published as: DE102006044770A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Lambda-Signals bei einer Brennkraftmaschine (100) mit einem einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungssystem (115) während der Regeneration des Partikelfilters, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- in einem ersten Messbereich einer Lambda-Sonde (190) wird zur Korrektur eines Einspritzmengenfehlers einer die Einspritzmenge charakterisierenden Größe eine den Lambda-Wert charakterisierende Größe zugeordnet;
- die Zuordnung der die Einspritzmenge charakterisierenden Größe und der den Lambda-Wert charakterisierenden Größe wird in einen zweiten Messbereich extrapoliert;
- bei einer vorgegebenen, die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße (AG) wird eine Abweichung (240) einer den Lambda-Wert charakterisierenden gemessenen Größe (MG) von der extrapolierten Größe in dem zweiten Messbereich als Sondenfehler definiert und gespeichert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, das alle Schritte des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine abläuft, sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eines Partikelfilters, einer Brennkraftmaschine sind bekannt. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung gehen beispielsweise aus der DE 103 33 441 A1 hervor. Aus der DE 697 19 460 T2 ist bereits eine Steuerung eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine mit einer Korrektur des Lambdasignals bekannt.
Insbesondere direkteinspritzende Brennkraftmaschinen sind häufig mit Abgasnachbehandlungssystemen ausgerüstet, die insbesondere einen Partikelfilter umfassen können. Zur Regeneration des Partikelfilters sind Temperaturen oberhalb der üblichen Abgastemperatur notwendig. Derartige Partikel oxidieren nämlich ohne zusätzliche Maßnahmen bei ca. 550 bis 650°C. Hierbei müssen üblicherweise temperatursteigernde Maßnahmen eingeleitet werden. Solche temperatursteigernden Maßnahmen sind beispielsweise Nacheinspritzungen, welche die Abgastemperatur erhöhen. Es ist jedoch momentan nicht möglich, die Auswirkungen von Toleranzen des Einspritzsystems auf sowohl Haupt- als auch Nacheinspritzungen im Regenerationsbetrieb zu kompensieren. Das führt dazu, dass die gewünschte Abgastemperatur während einer Partikelfilterregeneration nicht genau eingestellt werden kann. Dies wiederum kann eine Zerstörung von beispielsweise Turboladern, Katalysatoren oder des Partikelfilters selbst zur Folge haben.
Zur Einhaltung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte sowie zum Schutz von Bauteilen im Abgassystem vor Zerstörung durch zu hohe Abgastemperaturen sind bisher an sich bekannte Lambda-Sonden im Einsatz. Auf der Basis eines Lambda-Signals und eines Luftmassensignals wird hierbei eine Korrektur der Einspritzmenge durchgeführt. Diese Korrektur wird jedoch nur im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, also nicht während einer Partikelfilterregeneration vorgenommen. Eine Übertragung dieser Regelverfahren vom Normalbetrieb auf den Regenerationsbetrieb ist nicht ohne Weiteres möglich, da das Verhalten der Lambda-Sonde bei Anwesenheit von unverbranntem Kraftstoff im Abgas nicht exakt spezifiziert ist. Abhängig von der Menge der Kohlenwasserstoffe im Abgas kann sich so bei einem real existierenden Lambda-Wert jeweils ein anderer Messwert einstellen, der Messwert also verfälscht sein. Der Grund hierfür ist die unterschiedliche Empfindlichkeit der Lambda-Sonde auf unterschiedlich lange Kohlenwasserstoffmoleküle. Eine direkte Verwendung des gemessenen Lambda-Signals ist daher im Regenerationsbetrieb nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Bestimmung des Lambda-Signals auch im Regenerationsbetrieb des Partikelfilters möglich ist. Auf diese Weise sind auch im Regenerationsbetrieb auf dem Lambda-Wert basierende Steuerungsmaßnahmen realisierbar, sodass die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können und die Bauteile im Abgassystem vor einer Zerstörung durch zu hohe Abgastemperaturen durch gezielte Korrekturen der Einspritzmenge geschützt sind.
Grundidee der Erfindung ist es, im Regenerationsbetrieb, d.h. während einer Nacheinspritzung in einem ersten Messbereich der Sonde eine Zuordnung einer die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße zu einer den Lambda-Wert charakterisierenden Messgröße vorzunehmen, diese Zuordnung in einen zweiten Messbereich zu extrapolieren, in dem eine Verfälschung des Messsignals aufgrund unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu erwarten ist, und bei einer vorgegebenen, bekannten, die Einspritzmenge charakterisierenden Größe aus einer Abweichung der gemessenen, den Lambda-Wert charakterisierenden Messgröße von der extrapolierten Größe auf einen Sondenfehler zu schließen und diesen zu speichern, um ihn bei späteren Messungen zu berücksichtigen.
Die Zuordnung der die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße zu der das Lambda-Signal charakterisierenden Messgröße erfolgt dabei in dem ersten Messbereich bevorzugt durch eine sukzessive Erhöhung der Ansteuerdauer einer späten Nacheinspritzung so lange, bis eine Reaktion im Messsignal der Lambda-Sonde sichtbar ist. Diese minimale Ansteuerdauer wird in diesem Falle als Offset-Korrekturgröße der Ansteuerdauer und damit als additiver Fehler definiert und gespeichert.
Eine Bestimmung des multiplikativen Einspritzmengenfehlers erfolgt im ersten Messbereich durch eine weitere Erhöhung der Ansteuerdauer auf eine vorgebbare Solleinspritzmenge, wobei hier eine Solleinspritzmenge verwendet wird, die zwar zu unverbrannten Kohlenwasserstoffmolekülen im Abgas führt, jedoch nicht in einer Menge, die das Messsignal einer Lambda-Sonde bereits verfälscht. Aufgrund des auf diese Weise exakt zu messenden Messsignals der Lambda-Sonde kann der multiplikative Einspritzmengenfehler bestimmt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 Funktionsblöcke einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine, die ein Abgasnachbehandlungssystem enthält und
2 schematisch der reziproke Lambda-Wert über der Einspritzmenge sowie der Einspritzzeit zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 sind die wesentlichen Funktionsblöcke einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine 100 sowie deren Abgasnachbehandlungssystem 115 dargestellt.
Der Brennkraftmaschine 100 wird über eine Frischluftleitung 105 Frischluft zugeführt. Die Abgase der Brennkraftmaschine 100 gelangen über eine Abgasleitung 110 in die Umgebung.
In der Abgasleitung 110 ist das Abgasnachbehandlungssystem 115 angeordnet, das neben einem Katalysator einen Partikelfilter enthält. In der Abgasleitung ist ferner ein Sensor 190, insbesondere ein Lambda-Sensor, angeordnet, dessen Ausgangsmessgröße MG einer Steuereinrichtung 170, beispielsweise einer Motorsteuerung zugeführt wird. Abhängig von dieser Messgröße MG erzeugt die Motorsteuerung eine Ansteuergröße AG, mit der ein Einspritzsystem 180, beispielsweise Einspritzventile, beaufschlagt werden, welche eine vorgebbare Einspritzmengengröße in Brennräume der Brennkraftmaschine 100 einspritzen. Das Einspritzmuster ist dabei bei einer direkteinspritzenden, beispielsweise Diesel-Brennkraftmaschine, in an sich bekannter Weise aufgeteilt in eine oder mehrere Voreinspritzungen, eine Haupteinspritzung sowie eine oder mehrere Nacheinspritzungen.
Nach einer gewissen Betriebszeit der Brennkraftmaschine 100 ist der Partikelfilter des Abgasnachbehandlungssystems 115 beladen und muss regeneriert werden. Zur Regeneration werden späte Nacheinspritzungen verwendet, durch welche bei direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen die Abgastemperatur auf Werte beispielsweise größer als 550°C erhöht werden. Dies führt zum Abbrand der im Partikelfilter angelagerten Partikel und damit zu einer Regeneration des Partikelfilters.
In dieser Regenerationsphase ist nun eine präzise Erfassung der Messgröße MG, d.h. des Lambda-Signals durch den Sensor 190 nicht möglich, da sich aufgrund der späten Nacheinspritzung unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas befinden, die zu einer Verfälschung der Messgröße MG führen. Aufgrund dieser Verfälschung treten nicht nur verschlechterte Emissionswerte der Brennkraftmaschine auf. Es besteht auch die Gefahr, dass sich aufgrund von Auswirkungen von unbekannten Toleranzen des Einspritzsystems undefinierte Abgastemperaturen einstellen, die eine Zerstörung beispielsweise des Katalysators, der Bestandteil des Abgasnachbehandlungssystems 115 ist, eines Turboladers im Falle einer aufgeladenen Brennkraftmaschine sowie des Partikelfilters selbst zur Folge haben können.
Um nun auch während des Regenerationsbetriebs den Lambda-Wert und damit die Messgröße MG präzise erfassen zu können, ist es Grundidee der Erfindung, zunächst in einem Bereich der Sonde 190, in der eine präzise Erfassung der Messgröße MG auch bei Vorhandensein geringfügiger Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen möglich ist, eine Zuordnung von Messgröße MG zu Ansteuergröße AG, welche die Einspritzmenge repräsentiert, vorzunehmen, um später in einem Bereich, in dem eine solche Zuordnung nicht mehr möglich ist, bei dann definierter Ansteuergröße AG die Messgröße MG zu korrigieren, oder - anders ausgedrückt, auf Sondenfehler der Messsonde 190 zu schlie-ßen. Dies geschieht auf folgende, in Verbindung mit 2 erläuterte Weise.
In einem ersten, in 2 mit I bezeichneten Messbereich ist eine umkehrbar eindeutige Zuordnung der Messgröße MG, im vorliegenden Falle des Lambda-Werts zu einer Einspritzmenge sowie zu einer Einspritzzeit möglich. Wie 2 zeigt, verläuft die Funktion 1/λ über der Einspritzzeit in einem Intervall [t, t+τ] bzw. über der eingespritzten Menge in einem Intervall [q₀, q₀+Δq] im Wesentlichen linear. Dies ist der an sich übliche Messbereich der Sonde 190, der beispielsweise bei Voreinspritzungen, bei der Haupteinspritzung sowie bei der angelagerten Nacheinspritzung verwendet wird. In diesem Messbereich „sieht“ die Sonde 190 ein Gleichgewicht des Abgases und erlaubt die präzise Bestimmung der Messgröße MG, also des Lambda-Werts.
Es wird nun eine sukzessive Erhöhung der Ansteuerdauer t der späten Nacheinspritzung vorgenommen, so lange, bis eine Reaktion der Messgröße MG resultiert. Diese minimale Ansteuerdauer wird zunächst als Offset-Korrektur der Ansteuerdauer und damit auch der eingespritzten Menge der späten Nacheinspritzung verwendet. Diese Offset-Korrektur stellt damit einen additiven Korrekturwert dar.
Sodann wird eine weitere Erhöhung der Ansteuerdauer auf eine vorgebbare Solleinspritzmenge q vorgenommen, die z.B. 2 MG pro Hub betragen kann. In diesem Falle liegen nur geringe Mengen unverbrannter Kohlenwasserstoffmoleküle im Abgas vor. Eine exakte Messung ist mit der Sonde 190 in diesem Bereich demnach noch möglich. Unterscheidet sich nun dabei beispielsweise die Steigung der Messkurve an derjenigen Steigung, die aufgrund der Ansteuerdauererhöhung erwartet wird, so wird das Verhältnis der beiden Steigungen als multiplikativer Einspritzmengenfehler in dem Bereich interpretiert. In diesem ersten Messbereich I findet damit bei präzise erfassbarer Messgröße MG durch die Lambda-Sonde 190 eine Zuordnung der eingespritzten Menge qo bis qo + Δq statt, die mit einer Einspritzdauer t bis t+τ korrespondiert.
In dem mit II bezeichneten Bereich sind im Abgas nun wesentlich mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffmoleküle vorhanden. In diesem Bereich weicht die tatsächlich erfasste Kurve 220 der Messgröße MG von einer aus dem Bereich I linear extrapolierten und in 2 gestrichelt gezeichneten Kurve 230 ab. So ist beispielsweise bei einer Ansteuerzeit t + 2τ, die einer Ansteuermenge qo + 2Δq entspricht, eine Abweichung 240 feststellbar, die nun als Sondenfehler interpretiert wird. Voraussetzung für diese Interpretation ist, dass der additive und multiplikative Fehler wie oben beschrieben berücksichtigt sind, was durch Extrapolation der Kurve 210 in den Bereich 230 der Fall ist. Darüber hinaus muss der funktionale Zusammenhang zwischen der Ansteuerdauererhöhung und der Einspritzmengenerhöhung, das heißt, dass Einspritzverhalten der Injektoren des Einspritzsystems 180 bekannt sein.
In diesem Bereich II wird die eingespritzte Menge gezielt erhöht, beispielsweise auf 4 MG pro Hub oder auf 6 MG pro Hub, um so die Abgastemperatur zu erhöhen und eine Regeneration des Partikelfilters herbeizuführen. Wenn nun in diesem Bereich eine Abweichung des gemessenen Lambda-Werts von dem extrapolierten Wert auftritt, wie dies in 2 schematisch anhand der Abweichung 240 dargestellt ist, wird die Sondenkennlinie an den extrapolierten Wert der Kurve 230 angepasst und dieser Wert für zukünftige Regelvorgänge verwendet. Diese Anpassung kann im Regenerationsbetrieb kontinuierlich geschehen, sodass eine adaptive Anpassung der Kennlinie erfolgt, wodurch sich die Präzision der Erfassung des Lambda-Werts im Regenerationsbetrieb wesentlich erhöht.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Lambda-Signals bei einer Brennkraftmaschine (100) mit einem einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungssystem (115) während der Regeneration des Partikelfilters, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - in einem ersten Messbereich einer Lambda-Sonde (190) wird zur Korrektur eines Einspritzmengenfehlers einer die Einspritzmenge charakterisierenden Größe eine den Lambda-Wert charakterisierende Größe zugeordnet; - die Zuordnung der die Einspritzmenge charakterisierenden Größe und der den Lambda-Wert charakterisierenden Größe wird in einen zweiten Messbereich extrapoliert; - bei einer vorgegebenen, die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße (AG) wird eine Abweichung (240) einer den Lambda-Wert charakterisierenden gemessenen Größe (MG) von der extrapolierten Größe in dem zweiten Messbereich als Sondenfehler definiert und gespeichert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem ersten Messbereich eine sukzessive Vergrößerung der die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße (AG), insbesondere eine sukzessive Erhöhung einer Ansteuerdauer so lange vorgenommen wird, bis sich die den Lambda-Wert charakterisierende Messgröße (MG) verändert und wobei die die Einspritzmenge charakterisierende Ansteuergröße (AG) bei der sich verändernden, den Lambda-Wert charakterisierenden Messgröße (MG) als ein Offset-Korrekturwert (240) des Ansteuersignals definiert und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messbereich aufgrund einer Einstellung der die Einspritzmenge charakterisierenden Ansteuergröße (AG) auf eine vorgebbare Solleinspritzmenge und Erfassung der sich hierbei einstellenden, den Lambda-Wert charakterisierenden Messgröße (MG) auf einen multiplikativen Einspritzmengenfehler geschlossen wird.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.