DE102010012140B4

DE102010012140B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010012140B4
Application number: DE102010012140.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Lang Thomas; Detlev Pohl; Dieter Mannigel; Stefan Schulze
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-03-20
Filing date: 2010-03-20
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2030-03-21
Also published as: DE102010012140A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Lambda-Istwert sowie ein Lambda-Sollwert eines Abgases in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine bestimmt wird, wobei ein Momenten-Sollwert sowie ein Momenten-Istwert für ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Moment bestimmt wird und wobei Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine über ein Luftsystem eine Füllung je Arbeitstakt zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Momenten-Sollwert mit dem Momenten-Istwert verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert erst dann, wenn eine Differenz zwischen dem Momenten-Sollwert und dem Momenten-Istwert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, bestimmt wird, um in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert mindestens einen die Füllung beeinflussenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine derart zu ändern, dass die Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei ein Lambda-Istwert sowie ein Lambda-Sollwert eines Abgases in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine bestimmt wird, wobei ein Momenten-Sollwert sowie ein Momenten-Istwert für ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Moment bestimmt wird und wobei Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine über ein Luftsystem eine Füllung je Arbeitstakt zugeführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Füllung eines Zylinders einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist in einem üblichen Fahrzeug nicht direkt messbar. Besonders bei Einsatz einer Abgasrückführung (AGR) ist die Frischluftmasse ungleich der Füllung. Die Füllung ist eine essentielle Größe für die Beschreibung der Vorgänge bei der Verbrennung in den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine. Je genauer dieser Wert bestimmt wird, desto besser kann eine darauf aufbauende Regelung die Emissionen, die Fahrbarkeit und den Verbrauch einstellen. In derzeit üblichen Konzepten wird die Lambdasonde entweder nur zur langsamen Adaption der Luftregelung oder als Eingangsgröße in eine Lambdaregelung (schneller Eingriff) verwendet. Das Lambdasignal kann zur Fehlerkorrektur im Luft- und Einspritzsystem herangezogen werden. Es ist keine genaue Zuordnung zu einem der Systeme möglich, da beide Systeme variabel sind. Damit ist eine darauf aufbauende Korrektur ungenau im Hinblick auf den Betriebspunkt und im speziellen auf die Füllung. Bei einem Fehler wird abgeschätzt, in welchem Bereich dieser auftritt und die Korrektur wird praktisch in beide Richtungen getätigt. Durch den Einsatz von mehreren Lambdasonden könnte dem entgegengetreten werden, jedoch bedeutet dies einen Kostennachteil.
Eine beispielhafte Möglichkeit zur Bestimmung einer Füllung von Arbeitszylindern besteht darin, die Füllung mittels eines Modells anhand von anderen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine als die Füllung selbst zu berechnen, wie beispielsweise aus der DE 10 2004 038 389 A1 bekannt. Durch den verstärkten Einsatz von AGR wird die Genauigkeit der Füllungsmodellierung jedoch zunehmend schwieriger.
In der Veröffentlichung „Dieselmotor-Management“, 4. Auflage, 2004, der Robert Bosch GmbH ist einerseits offenbart, dass eine Steuerung von Stellgliedern eines Einspritz- und Luftsystems eines Dieselmotors in Abhängigkeit von einem Sollwert bezüglich des Drehmoments, der sich aus einer Stellung eines Fahrpedals ergibt, erfolgt (Seite 383). Weiterhin ist darin offenbart, dass eine Regelung einer Abgasrückführung bei einem Dieselmotor basierend auf dem Messwert einer Lambda-Sonde erfolgen kann (S. 378).
Die DE 10 2008 002 424 A1 beschreibt eine Momenten-Regelung bei einer Brennkraftmaschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g Art hinsichtlich der Genauigkeit der Füllung und der Minimierung von Schadstoffemissionen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Momenten-Sollwert mit dem Momenten-Istwert verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen dem Lambda-Istwert mit dem Lambda-Sollwert dann bestimmt wird, wenn eine Differenz zwischen dem Momenten-Sollwert und dem Momenten-Istwert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, wobei in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert mindestens ein die Füllung beeinflussender Betriebsparameter der Brennkraftmaschine derart geändert wird, dass die Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert minimiert wird.
Dies hat den Vorteil, dass mit nur einer einzigen, beispielsweise in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde eine genaue Zuordnung von Abweichungen eines Lambda-Istwerts von einem Lambda-Sollwert im Abgas zu dem Luftsystem möglich ist, da die Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert erst bestimmt wird, wenn das Kraftstoffsystem eingeregelt ist. Hierdurch ist eine sehr genaue Bestimmung einer für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erforderlichen optimalen AGR-Rate mit dementsprechend optimaler Füllung möglich. Dies verbessert die Luftsystemregelung und verringert dementsprechend Abgasemissionen. Auf eine lambdabasierte Luftmassen- und Mengenkorrektur gemäß dem FMA-System (Fuel Mean Value Adaption) kann verzichtet werden.
Der mindestens eine die Füllung beeinflussende Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ist beispielsweise eine AGR-Rate, eine Einlassventilsteuerzeit für ein Öffnen (EÖ) eines Einlassventils, eine Einlassventilsteuerzeit für ein Schließen (ES) des Einlassventils, eine Auslassventilsteuerzeit für ein Öffnen (AÖ) eines Auslassventils, eine Auslassventilsteuerzeit für ein Schließen (AS) eines Auslassventils, eine Drosselklappenstellung, ein Ladedruck eines Abgasturboladers, eine Stellung einer variablen Turbinengeometrie (VTG) eines Abgasturboladers, eine Stellung eines Bypassventils für eine Abgasrückführleitung, eine Stellung eines Bypassventils für eine Turbine eines Abgasturboladers und/oder eine Stellung eines Bypassventils für einen Kompressor eines Abgasturboladers.
Eine besonders einfache Bestimmung des Lambdawertes des Abgases der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass die Bestimmung des Lambda-Istwerts des Abgases mittels einer Lambdasonde im Abgastrakt der Brennkraftmaschine ausgeführt wird.
Eine Erhöhung der Genauigkeit der Luftsystemmodellierung erzielt man dadurch, dass der Lambda-Sollwert des Abgases und/oder die Differenz zwischen Lambda-Sollwert und Lambda-Istwert des Abgases einem Modell zur Berechnung eines Istwertes für die Füllung zugeführt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft den Betrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem, welches Arbeitszylindern der Brennkraftmasche Kraftstoff zuführt, beispielsweise direkt einspritzt, und mit einem Luftsystem, welches den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine eine Verbrennungsluftfüllung je Arbeitstakt zuführt. Der Ausdruck „Verbrennungsluftfüllung“ bezeichnet hierin eine Füllung eines Zylinders einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Füllung sowohl eine Frischluftmasse als auch ein Gemisch aus Frischluftmasse und rückgeführtem Abgas umfasst.
Ausgegangen wird beispielsweise von einer Zylinderdruckregelung für das Kraftstoffsystem. In dieser Regelung ist die Kraftstoffmenge bzw. das Kraftstoffsystem bereits eingeregelt. Das Erreichen der Einregelung ist dadurch ersichtlich, dass ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Motormoment (Momenten-Istwert) im Wesentlichen einem für den momentanen Betriebszustand erwarteten Motormoment (Momenten-Sollwert) entspricht. Die Regelung weist bereits eine hohe Genauigkeit auf, so dass nur mit einem geringen Fehler von etwa 1 % gerechnet wird. Sollte eine Abweichung zwischen einem Lambda-Sollwert und einem Lambda-Istwert festgestellt werden, so kann diese Abweichung nur noch aus dem Luftsystem herrühren. Die Zuordnungsproblematik entfällt durch das bereits eingeregelte Kraftstoffsystem. Dementsprechend wird in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Lambda-Sollwert und Lambda-Istwert ausschließlich das Luftsystem beeinflusst, um diese Differenz zu minimieren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Information „Sauerstoffgehalt“ als ganzheitliche Korrektur der Luftsystemmodellierung unter Ausnutzung der Randbedingung, dass ein Einspritzfehler nicht vorhanden oder durch eine Zylinderdruckregelung korrigiert ist, verwendet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Lambda-Istwert sowie ein Lambda-Sollwert eines Abgases in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine bestimmt wird, wobei ein Momenten-Sollwert sowie ein Momenten-Istwert für ein von der Brennkraftmaschine abgegebenes Moment bestimmt wird und wobei Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine über ein Luftsystem eine Füllung je Arbeitstakt zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Momenten-Sollwert mit dem Momenten-Istwert verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert erst dann, wenn eine Differenz zwischen dem Momenten-Sollwert und dem Momenten-Istwert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, bestimmt wird, um in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert mindestens einen die Füllung beeinflussenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine derart zu ändern, dass die Differenz zwischen dem Lambda-Istwert und dem Lambda-Sollwert minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine die Füllung beeinflussender Betriebsparameter der Brennkraftmaschine eine AGR-Rate, eine Einlassventilsteuerzeit für ein Öffnen (EÖ) eines Einlassventils, eine Einlassventilsteuerzeit für ein Schließen (ES) des Einlassventils, eine Auslassventilsteuerzeiten für ein Öffnen (AÖ) eines Auslassventils, eine Auslassventilsteuerzeiten für ein Schließen (AS) eines Auslassventils, eine Drosselklappenstellung, ein Ladedruck eines Abgasturboladers, eine Stellung einer variablen Turbinengeometrie (VTG) eines Abgasturboladers, eine Stellung eines Bypassventils für eine Abgasrückführleitung, eine Stellung eines Bypassventils für eine Turbine eines Abgasturboladers und/oder eine Stellung eines Bypassventils für einen Kompressor eines Abgasturboladers ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Lambda-Istwert des Abgases mittels einer Lambdasonde im Abgastrakt der Brennkraftmaschine ausgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambda-Sollwert des Abgases und/oder die Differenz zwischen Lambda-Sollwert und Lambda-Istwert des Abgases einem Modell zur Berechnung eines Istwertes für die Füllung zugeführt wird.