DE102010031654B4 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem mindestens eine Größe der Brennkraftmaschine (10) und/oder einer Abgasanlage (14) in Abhängigkeit von einem Signal einer Abgas-Sonde (28) mittels einer Zweipunktregelung (29) gesteuert und/oder geregelt wird, und bei dem in einer Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage (14) eine die Zweipunktregelung (29) charakterisierende Zeitfunktion (31) einer Stellgröße (fr) von mindestens einer Integrator-Steigung (IS) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Integrator-Steigung (IS) bestimmende Größe unter Verwendung mindestens einer von der Brennkraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage (14) abhängigen Totzeit (TLRS) ermittelt wird, und dass die Totzeit (TLRS) abhängig von einer Temperatur des Abgases ermittelt wird.Method for operating an internal combustion engine (10), in which at least one size of the internal combustion engine (10) and/or an exhaust system (14) is controlled and/or regulated as a function of a signal from an exhaust gas probe (28) by means of a two-point control (29). is, and in which in a control device of the internal combustion engine (10) and / or the exhaust system (14) a time function (31) characterizing the two-point control (29) of a manipulated variable (fr) is dependent on at least one integrator slope (IS), thereby characterized in that a variable determining the integrator slope (IS) is determined using at least one dead time (TLRS) dependent on the internal combustion engine (10) and/or the exhaust system (14), and that the dead time (TLRS) depends on a temperature of the exhaust gas is determined.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm, ein Speichermedium und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, as well as a computer program, a storage medium and a control and / or regulating device according to the independent patent claims.
Die
Die
Die
Vom Markt her bekannt sind Brennkraftmaschinen mit einer Lambdasonde zur Analyse des erzeugten Abgases, wobei der Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig von den Signalen der Lambdasonde erfolgt, das heißt, es wird eine so genannte Lambdaregelung durchgeführt. Häufig werden bestimmte Arten von Lambdasonden - beispielsweise Zirkon-Dioxid-Sonden - zusammen mit einem so genannten Zweipunktregler betrieben. Dabei werden Messwerte der Lambdasonde mittels eines Komparators gegen einen Bezugswert verglichen, der einem Lambdawert = 1 entspricht. Für Lambdawerte > 1 ist das Gemisch aktuell zu mager eingestellt und die Ausgangsgröße der Zweipunktregelung, also der Stellwert, nimmt einen Wert an, der zu einer Anfettung des Gemischs führt. Internal combustion engines with a lambda sensor for analyzing the exhaust gas generated are known from the market, with the internal combustion engine operating depending on the signals from the lambda sensor, that is, a so-called lambda control is carried out. Certain types of lambda sensors - for example zirconium dioxide sensors - are often operated together with a so-called two-point controller. Measured values from the lambda sensor are compared using a comparator against a reference value that corresponds to a lambda value = 1. For lambda values > 1, the mixture is currently set too lean and the output variable of the two-point control, i.e. the control value, assumes a value that leads to the mixture becoming richer.
Für Lambdawerte < 1 ist es umgekehrt. Da nur das Vorzeichen der Regelabweichung verwendet wird, entsteht daraus ein fortlaufender periodischer Vorgang, dessen Verlauf von mehreren Größen und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und der zugehörigen Abgasanlage abhängt.For lambda values < 1 it is the other way around. Since only the sign of the control deviation is used, this results in a continuous periodic process, the course of which depends on several variables and operating variables of the internal combustion engine and the associated exhaust system.
Eine unter anderem durch den räumlichen Abstand zwischen Stellglied (bspw. Injektor) und Regelfühler (Lambdasonde) bewirkte Totzeit der beschriebenen Regeleinrichtung wird beispielsweise durch die folgende Gleichung charakterisiert:
- TLRS
- Totzeit der Lambda-Regel-Strecke;
- TKRFLR
- Summe der konstanten Totzeiten (typisch etwa 0,07 s), bestehend aus der mittleren Sondenansprechzeit und der Flugzeit des Kraftstoffs von einem Einspritzventil bis zu dem zugehörigen Einlassventil;
- 2·TU
- Zeit für einen Ottozyklus, z.B. 2 Umdrehungen einer Kurbelwelle („2×60/n“ bei Saugrohreinspritzung bzw. „1×60/n“ bei Direkteinspritzung);
- TLZ-Abg
- Laufzeit des Abgases von einem Auslassventil bis zu der Lambdasonde stromaufwärts eines Katalysators, wobei
- TLRS
- Dead time of the lambda rule path;
- TKRFLR
- Sum of the constant dead times (typically about 0.07 s), consisting of the average probe response time and the flight time of the fuel from an injector to the associated inlet valve;
- 2·TU
- Time for an Otto cycle, e.g. 2 revolutions of a crankshaft (“2×60/n” for intake manifold injection or “1×60/n” for direct injection);
- TLZ deduction
- Transit time of the exhaust gas from an exhaust valve to the lambda sensor upstream of a catalytic converter, where
Damit lässt sich angeben:
- a
- Amplitude einer Stellgröße;
- IS
- Integratorsteigung der Stellgröße;
- p
- P-Sprung
- KFRAP
- Aus einem Kennfeld entnehmbare Größe für das Verhältnis der Amplitude zu einem P-Anteil;
- KFRP
- Aus einem Kennfeld entnehmbare Größe für einen P-Sprung des Reglers;
- 120
- Faktor, vorliegend für eine Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung.
- a
- amplitude of a manipulated variable;
- IS
- Integrator slope of the manipulated variable;
- p
- P-jump
- KFRAP
- Quantity that can be taken from a map for the ratio of the amplitude to a P component;
- KFRP
- A quantity that can be taken from a map for a P jump in the controller;
- 120
- Factor, in the present case for an internal combustion engine with intake manifold injection.
Weiterhin kann eine Konstante für eine Laufzeit des Abgases (Abgaslaufzeit) bestimmt werden, welche von einem Rohrvolumen abhängig ist. Dabei wird die Konstante im Wesentlichen durch das Rohrvolumen zwischen dem Auslassventil und der Lambdasonde bestimmt. Der Einfluss des Rohrvolumens kann durch die folgende Gleichung zumindest näherungsweise in einem ersten Betriebspunkt angegeben werden:
Weiterhin kann eine automatische Berechnung der Integratorsteigung IS mittels einer Umformung der vorstehenden Gleichung für KTZLR erfolgen. Die Integratorsteigung IS wird in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine für einen aktuellen Betriebspunkt etwa so berechnet:
Der Nenner der vorstehenden Gleichung für „IS“ stellt eine gesamte Streckentotreit „TLRS“ dar.The denominator of the above equation for “IS” represents a total line dead zone “TLRS”.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm und ein Speichermedium nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.The problem on which the invention is based is solved by a method according to claim 1 and by a control and / or regulating device, a computer program and a storage medium according to the independent claims. Advantageous further developments are specified in subclaims. Features important for the invention can also be found in the following description and in the drawings, whereby the features can be important for the invention both alone and in different combinations, without this being explicitly pointed out again.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Amplitude einer Zeitfunktion einer Stellgröße einer Zweipunkt-Lambdaregelung („Zweipunktregelung“) im Wesentlichen unabhängig von einer Abgastemperatur gebildet werden kann. Dadurch kann die Zweipunkt-Lambdaregelung insbesondere bei niedrigen Abgastemperaturen, wie sie beispielsweise nach einem Start einer Brennkraftmaschine auftreten, eine Zusammensetzung des Abgases besonders genau regeln und vorgeschriebene Grenzwerte für die Abgasemissionen besser einhalten.The method according to the invention has the advantage that an amplitude of a time function of a manipulated variable of a two-point lambda control (“two-point control”) can be formed essentially independently of an exhaust gas temperature. As a result, the two-point lambda control can regulate the composition of the exhaust gas particularly precisely and better adhere to prescribed limit values for exhaust gas emissions, particularly at low exhaust gas temperatures, such as those that occur after starting an internal combustion engine.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass ein kälteres Abgas bei gleichem Abgasmassenstrom ein kleineres Volumen einnimmt als ein wärmeres Abgas. Dadurch wird das Abgas in dem vorhandenen Rohrvolumen sozusagen dichter gepackt, wodurch bei kälterem Abgas die „Laufzeit“ des Abgases und damit die Totzeit TLRS der Regelstrecke entsprechend größer werden. Ausgehend von der allgemeinen Gasgleichung nach Gay-Lussac ergibt sich:
- p
- Druck;
- V
- Volumen;
- m
- Masse;
- R
- Gaskonstante; und
- T
- Temperatur.
- p
- Pressure;
- v
- Volume;
- m
- Dimensions;
- R
- gas constant; and
- T
- Temperature.
Daraus kann abgeleitet werden:
- TLZ-Abg
- Laufzeit des Abgases;
- TLZ0
- Laufzeit des Abgases im Bezugspunkt;
- V0
- Volumen des Abgases im Bezugspunkt;
- V
- Volumen des Abgases;
- TAIKRM0
- Temperatur des Abgases im Bezugspunkt; und
- TAIKRM
- Temperatur des Abgases
- TLZ deduction
- duration of the exhaust gas;
- TLZ0
- Transit time of the exhaust gas at the reference point;
- V0
- Volume of the exhaust gas at the reference point;
- v
- volume of exhaust gas;
- TAIKRM0
- Temperature of the exhaust gas at the reference point; and
- TAIKRM
- Temperature of the exhaust gas
Aus der so erhaltenen Formel kann von einer vorliegenden Temperatur des Abgases auf die Laufzeit des Abgases im Bereich der Regelstrecke der Zweipunkt-Lambdaregelung geschlossen werden. Bei der Zweipunkt-Lambdaregelung wird eine Lambdasonde verwendet, welche im Wesentlichen eine Information darüber gibt, ob eine Zusammensetzung des Abgases (Lambdawert) oberhalb oder unterhalb eines spezifischen Grenzwertes ist. Davon ausgehend wird eine Stellgröße der Regelung unter Verwendung einer Integrator-Steigung erzeugt. Nachfolgend wird mittels der Stellgröße mindestens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine verändert, wodurch sich die Zusammensetzung des Abgases (stetig) verändert. Die Zeit zwischen der Veränderung der Stellgröße und der zugehörigen Veränderung des Signals der Lambdasonde charakterisiert die Totzeit TLRS der Regelstrecke.From the formula obtained in this way, a conclusion can be drawn from an existing temperature of the exhaust gas on the transit time of the exhaust gas in the area of the controlled system of the two-point lambda control. Two-point lambda control uses a lambda sensor, which essentially provides information about whether the composition of the exhaust gas (lambda value) is above or below a specific limit value. Based on this, a control variable is generated using an integrator slope. Subsequently, at least one operating variable of the internal combustion engine is changed using the manipulated variable, whereby the composition of the exhaust gas changes (continuously). The time between the change in the manipulated variable and the associated change in the lambda sensor signal characterizes the dead time TLRS of the controlled system.
Die Veränderung der Betriebsgröße erfolgt mit einem solchen Vorzeichen, dass der Lambdawert den spezifischen Grenzwert nach einer bestimmten Zeit wieder überschreitet bzw. unterschreitet, so dass die Zweipunktregelung fortdauernd schwingen kann. Die dabei auftretende Amplitude darf einerseits nicht zu klein werden, damit die Zweipunkt-Lambdaregelung zuverlässig regeln kann. Andererseits darf die Amplitude nicht zu groß werden, damit die Zusammensetzung des Abgases innerhalb vorgeschriebener Grenzen bleiben kann. Mittels der erfindungsgemäßen Anpassung der Integrator-Steigung kann die Amplitude im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur des Abgases gebildet werden und somit selbst bei kaltem Abgas unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine in einem gewünschten Bereich liegen.The change in the operating variable occurs with such a sign that the lambda value exceeds or falls below the specific limit value again after a certain time, so that the two-point control can continuously oscillate. On the one hand, the resulting amplitude must not be too small so that the two-point lambda control can regulate reliably. On the other hand, the amplitude must not become too large so that the composition of the exhaust gas can remain within prescribed limits. By adjusting the integrator slope according to the invention, the amplitude can be formed essentially independently of the temperature of the exhaust gas and can therefore be in a desired range even when the exhaust gas is cold immediately after starting the internal combustion engine.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Zeitfunktion der Stellgröße auch von einem Proportional-Sprung abhängig ist. Das erfolgt beispielsweise so, dass nach einem im Wesentlichen sprunghaften Wechsel des Signals der Lambdasonde nach dem Überschreiten bzw. Unterschreiten des für die Lambdasonde spezifischen Grenzwertes die Stellgröße für eine gesteuerte Verweilzeit festgehalten und somit der zeitliche Verlauf der Stellgröße gezielt asymmetrisch gestaltet wird. Bei dem darauf folgenden Wechsel des Signals erfolgt zum Ausgleich ein entsprechender Proportional-Sprung der Stellgröße. Somit kann die Erfindung auch bei einer ergänzenden Verwendung des Proportional-Sprungs vorteilhaft angewendet werden.It is also proposed that the time function of the manipulated variable also depends on a proportional jump. This is done, for example, in such a way that after a substantially sudden change in the signal from the lambda sensor after exceeding or falling below the limit value specific to the lambda sensor, the manipulated variable is held for a controlled dwell time and thus the time course of the manipulated variable is specifically designed to be asymmetrical. When the signal subsequently changes, a corresponding proportional jump in the manipulated variable occurs to compensate. The invention can therefore also be used advantageously with a supplementary use of the proportional jump.
Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Totzeit von mindestens drei Summanden abhängt, und dass ein erster Summand (S1) abhängig von einer mittleren Ansprechzeit der Abgas-Sonde und einer Flugzeit des Kraftstoffs zwischen einem Einspritzventil und einem Einlassventil der Brennkraftmaschine gebildet wird, und dass ein zweiter Summand (S2) abhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine gebildet wird, und dass ein dritter Summand (S3) von einem Abgasvolumen der Abgasanlage und einem Abgasmassenstrom abhängt, wobei der Abgasmassenstrom von einer Last der Brennkraftmaschine und der Drehzahl abhängt. Damit kann die Totzeit der Regelstrecke abhängig von drei spezifischen Anteilen angegeben werden, wobei die Erfindung auf den dritten Summanden S3 angewendet wird und somit die Genauigkeit der Totzeit verbessert werden kann. Als Formel ergibt sich:
- TLRS
- Totzeit der Regelstrecke, also beispielsweise die Laufzeit des Abgases von einem Auslassventil bis zu der Lambdasonde stromaufwärts eines Katalysators;
- TKRFLR
- Summe aus der mittleren Ansprechzeit der Lambdasonde plus der Flugzeit des Kraftstoffs vom Einspritzventil bis zum Einlassventil;
- KTZLR
- Normiertes Abgasvolumen;
- n
- Drehzahl der Kurbelwelle; und
- rl
- Relative Luftfüllung im Brennraum zum Zeitpunkt „Einlassventil schließt“ als Quotient des Luftmassenstroms und der Drehzahl n.
- TLRS
- Dead time of the controlled system, for example the transit time of the exhaust gas from an exhaust valve to the lambda sensor upstream of a catalytic converter;
- TKRFLR
- Sum of the average response time of the lambda sensor plus the flight time of the fuel from the injector to the inlet valve;
- KTZLR
- Normalized exhaust gas volume;
- n
- crankshaft speed; and
- rl
- Relative air filling in the combustion chamber at the time “intake valve closes” as a quotient of the air mass flow and the speed n.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass eine das Abgasvolumen charakterisierende Größe, im Fall der obigen Gleichung also der Zähler KTZLR des dritten Summanden, von der Temperatur des Abgases abhängt. Dies ist rechentechnisch einfach zu realisieren und entspricht sehr gut der physikalischen Wirklichkeit..In particular, the invention provides that a variable characterizing the exhaust gas volume, in the case of the above equation the counter KTZLR of the third summand, depends on the temperature of the exhaust gas. This is easy to implement computationally and corresponds very well to physical reality.
Die Erfindung ist besonders einfach anzuwenden, wenn die das Abgasvolumen charakterisierende Größe mittels einer Tabelle, einer Funktion und/oder eines Kennfelds gebildet wird, welche als Eingangsgröße mindestens auch die Abgastemperatur verwenden. Damit kann die Größe mit wenig Rechenleistung in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung gebildet oder korrigiert werden, wodurch Kosten gespart werden können. Die Verwendung eines Kennfelds ermöglicht es, mittels optionaler Parameter gegebenenfalls weitere Abhängigkeiten zu berücksichtigen.The invention is particularly easy to use if the variable characterizing the exhaust gas volume is formed using a table, a function and/or a characteristic map, which also use at least the exhaust gas temperature as an input variable. This means that the size can be formed or corrected in a control and/or regulating device with little computing power, whereby costs can be saved. The use of a map makes it possible to take further dependencies into account using optional parameters.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Korrekturfaktor der das Abgasvolumen charakterisierenden Größe bei einer Abgastemperatur von 0°C bzw. 100°C bzw. 300°C den Wert 2,0 bzw. 1,4 bzw. 1,0 aufweist. Damit ist unter Berücksichtigung der obigen Formel für die Totzeit TLRS eine theoretisch volle Kompensation der Totzeit in Abhängigkeit von der Abgastemperatur möglich.In one embodiment of the invention it is provided that a correction factor of the quantity characterizing the exhaust gas volume has the value 2.0 or 1.4 or 1.0 at an exhaust gas temperature of 0 ° C or 100 ° C or 300 ° C. This means that theoretically full compensation of the dead time depending on the exhaust gas temperature is possible, taking into account the above formula for the dead time TLRS.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Korrekturfaktor der das Abgasvolumen charakterisierenden Größe bei einer Abgastemperatur von 0°C bzw. 100°C bzw. 300°C den Wert 1,5 bzw. 1,2 bzw. 1,0 aufweist. Diese „schwächere“ Korrektur bietet sich beispielsweise dann an, wenn kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine die modellierte Abgastemperatur zu langsam steigt. Damit kann für die praktische Anwendung eine gegebenenfalls passendere Korrektur der das Abgasvolumen charakterisierenden Größe erfolgen. Es versteht sich, dass darüber hinaus weitere Sätze von Korrekturfaktoren erfindungsgemäß möglich sind, wobei die Korrekturfaktoren jeweils mit steigender Abgastemperatur kleiner werden. Ein konstanter Korrekturfaktor von 1,0 bewirkt dagegen eine Rückwärtskompatibilität zum Stand der Technik.In a further embodiment of the invention it is provided that a correction factor of the quantity characterizing the exhaust gas volume has the value 1.5 or 1.2 or 1.0 at an exhaust gas temperature of 0 ° C or 100 ° C or 300 ° C . This “weaker” correction is useful, for example, if the modeled exhaust gas temperature rises too slowly shortly after starting the internal combustion engine. In this way, a more appropriate correction of the quantity characterizing the exhaust gas volume can be made for practical application. It goes without saying that further sets of correction factors are possible according to the invention, with the correction factors becoming smaller as the exhaust gas temperature increases. A constant correction factor of 1.0, on the other hand, ensures backwards compatibility with the state of the art.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Einrichtung des Steuergeräts durch Laden des Computerprogramms mit den Merkmalen des unabhängigen Computerprogramm-Anspruchs von dem Speichermedium mit den Merkmalen des unabhängigen Speichermedium-Anspruchs. Unter dem Speichermedium wird insofern jede Vorrichtung verstanden, die das Computerprogramm in gespeicherter Form enthält.In a preferred embodiment, the control device is set up by loading the computer program with the features of the independent computer program claim from the storage medium with the features of the independent storage medium claim. The storage medium is understood to mean any device that contains the computer program in stored form.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine und einer Abgasanlage; -
2 zeitliche Verläufe des Vorzeichens einer Regelabweichung und einer zugehörigen Stellgröße bei einer Zweipunkt-Lambdaregelung; und -
3 ein Blockdiagramm zur Ermittlung der Totzeit einer Regelstrecke der Zweipunkt-Lambdaregelung.
-
1 a highly simplified representation of an internal combustion engine and an exhaust system; -
2 time curves of the sign of a control deviation and an associated manipulated variable in a two-point lambda control; and -
3 a block diagram for determining the dead time of a controlled system of two-point lambda control.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numbers are used for functionally equivalent elements and sizes in all figures, even in different embodiments.
Nachfolgend wird die Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch als ein Steuergerät bezeichnet.The control and/or regulating device is also referred to below as a control device.
Im Einzelnen zeigt die
Ein Block 18 steht stellvertretend für verschiedene Sensoren, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 10 wie beispielsweise eine Drehzahl n einer Kurbelwelle, usw. erfassen. Der Block 20 repräsentiert eine Anordnung von Injektoren, über die Kraftstoff entweder direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine 10 oder vor die Einlassventile der Brennkraftmaschine 10 zugemessen wird.A
Das Ansaugsystem 12 weist einen Luftmassenmesser 22 auf, der die Masse der in die (nicht gezeigten) Brennräume der Brennkraftmaschine 10 strömenden Luft erfasst. Mittels der Sensoren 18 kann hieraus für jeden Zylinder die zum Zeitpunkt „Einlassventil schließt“ im Brennraum des Zylinders vorhandene Luftmasse ermittelt werden. Darüber hinaus weist das Ansaugsystem 12 ein Luftmassenstellglied 24 beispielsweise in Form einer Drosselklappe auf, mit dem die Menge der in die Brennkraftmaschine 10 strömenden Luft gesteuert wird.The
In der Abgasanlage 14 ist ein Katalysator 26 angeordnet, der im Abgas enthaltene Schadstoffe konvertiert. Im Strömungsweg der Abgase zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Katalysator 26 sind ein Temperatursensor 27 und eine Lambdasonde 28 angeordnet, wobei die letztere eine Sauerstoffkonzentration in der vor dem Katalysator 26 herrschenden Abgasatmosphäre erfasst.A
Das Signal mL des Luftmassenmessers 22, die Signale der Sensorik 18 und das Signal Lambda der Lambdasonde 28 werden jeweils dem Steuergerät 16 zugeführt, das daraus nach Maßgabe von im Steuergerät 16 abgelegten Programmen und Daten Ansteuersignale für die Injektoren 20 und das Luftmassenstellglied 24 bildet. Das Steuergerät 16 stellt insbesondere einen Lambdaregler einer Zweipunktregelung 29 mit einem Regelkreis dar, der aus der Lambdasonde 28 als Regelfühler, dem Steuergerät 16 als Regler, den Injektoren 20 als Stellglieder und mit dem zwischen den Brennräumen der Brennkraftmaschine 10 und der Lambdasonde 28 liegenden Teil der Abgasanlage 14 gebildet wird. Alternativ oder ergänzend zur Verwendung der Injektoren 20 als Stellglieder kann auch das Luftmassenstellglied 24 und/oder ein Abgasrückführventil als Stellglied der Lambdaregelung verwendet werden. Der Temperatursensor 27 kann verwendet werden, um eine Temperatur des Abgases zu ermitteln, so dass im Steuergerät 16 eine Totzeit der Zweipunktregelung 29 korrigiert werden kann. Möglich ist aber auch, die Abgastemperatur aus anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 zu modellieren.The signal mL of the
Im Übrigen ist das Steuergerät 16 dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Ablauf eines nachfolgend im Detail beschriebenen Verfahrens und/oder einer Ausgestaltung dieses Verfahrens zu steuem und das jeweilige Verfahren damit durchzuführen. Bei der Zweipunkt-Lambdaregelung wird das Signal der Lambdasonde 28 im Steuergerät 16 mit einem Schwellenwert verglichen, der fettes Gemisch repräsentierende Sondensignalwerte von mageres Gemisch repräsentierenden Sondensignalwerten trennt.Furthermore, the
Das Ergebnis ist ein Signalverlauf 30, wie er in der
Zum Zeitpunkt t0 registriert die Lambdasonde 28 einen Übergang von fettem zu magerem Gemisch. Daraufhin wird die Stellgröße fr mittels eines Proportional-Sprungs frp zunächst sprungartig vergrößert und anschließend mit einer Integratorrampe 32 rampenförmig mit einer Integrator-Steigung IS = tan α weiter vergrößert. Die Vergrößerung erfolgt solange, bis zum Zeitpunkt t1 eine Änderung der Gemischzusammensetzung von fett nach mager von der Lambdasonde 28 registriert wird. Eine Größe framp charakterisiert dabei eine Amplitude („Stellamplitude“) der in der
Im dargestellten Beispiel wird der zum Zeitpunkt t1 erreichte Wert der Stellgröße fr für die Länge einer Verzögerungszeitspanne tvlr beibehalten. Daran schließt sich eine sprungartige Verstellung um einen Wert frp zu kleineren Werten und eine mit negativer Integrator-Steigung IS verlaufende Rampe an, die bis zum Zeitpunkt t2 läuft, an dem die Lambdasonde 28 eine weitere Änderung der Gemischzusammensetzung registriert.In the example shown, the value of the manipulated variable fr achieved at time t1 is retained for the length of a delay period tvlr. This is followed by a sudden adjustment by a value frp to smaller values and a ramp with a negative integrator slope IS, which runs until time t2, at which the
Die Größe friramp bezeichnet eine Stellbandbreite des Integralanteils, unter der hier die gesamte Höhe der Rampe unter Einschluss von Werten < 1 verstanden wird. Die Größe friramp ergibt sich als Differenz der doppelten Stellamplitude framp und des p-Sprungs frp: friamp = 2 framp - frp. Die in
Die Verzögerungszeitspanne tvlr dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dazu, eine gezielte Asymmetrie der Regelschwingung zu erzeugen, mit der in diesem Fall der Mittelwert der Regelschwingung vom Wert 1 auf einen Wert angehoben wird, der geringfügig größer als 1 ist. Alternativ bewirkt eine Verzögerungszeit, die zum Zeitpunkt t0 zum Einsatz kommt, eine Verschiebung hin zu magereren Lambdawerten.In the exemplary embodiment shown, the delay period tvlr serves to generate a targeted asymmetry of the control oscillation, with which in this case the mean value of the control oscillation is increased from the value 1 to a value that is slightly larger than 1. Alternatively, a delay time that is used at time t0 causes a shift towards leaner lambda values.
Die Zeitdauer t_rp stellt die Zeitdauer einer positiven Integratorrampe dar. Die Zeitdauer t_m stellt die Zeitdauer einer negativen Integratorrampe dar. Diese beide Zeitdauern hängen von der Totzeit TLRS ab. Wenn die Totzeit TLRS beispielsweise größer wird, kann die Amplitude der in der
Die
- TKRFLR
- Summe konstanter Totzeiten eines Totzeit-Modells für die
Regelstrecke der Zweipunktregelung 29. TKRFLR beträgt beispielsweise 0,07 s (Sekunden) und entspricht einer mittleren Ansprechzeit der Lambdasonde 28 plus einer Flugzeit des Kraftstoffs vom Einspritzventil bis zum Einlassventil; - 120
- konstante Größe zur Umrechnung einer Drehzahl n für den so genannten Otto-Zyklus;
- n
- Drehzahl, aus dem Drehzahlsignal eines Drehzahl-
Geberrads der Sensorgruppe 18 ermittelt; - KTZLRa
- normiertes Abgasvolumen der Regelstrecke der Zweipunkt-Lambdaregelung;
- TAIKRM
- Abgastemperatur in einem Krümmer der Abgasanlage 14,
ermittelt vom Sensor 27 oder modelliert aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine; - rl
- So genannte „Relative Luftfüllung" zum Zeitpunkt „Einlassventil schließt“ in einem Brennraum als Quotient des Abgasmassenstroms geteilt durch die Drehzahl n.
- TKRFLR
- Sum of constant dead times of a dead time model for the controlled system of the two-
point control 29. TKRFLR is, for example, 0.07 s (seconds) and corresponds to an average response time of thelambda sensor 28 plus a flight time of the fuel from the injection valve to the inlet valve; - 120
- constant variable for converting a speed n for the so-called Otto cycle;
- n
- Speed, determined from the speed signal of a speed sensor wheel of the
sensor group 18; - KTZLRa
- standardized exhaust gas volume of the controlled system of the two-point lambda control;
- TAIKRM
- Exhaust gas temperature in a manifold of the
exhaust system 14, determined by thesensor 27 or modeled from operating variables of the internal combustion engine; - rl
- So-called “relative air filling” at the time “intake valve closes” in a combustion chamber as the quotient of the exhaust gas mass flow divided by the speed n.
Die mathematischen Operationen der
Als Formel dargestellt ergibt sich:
Physikalisch ergibt sich der Effekt, dass ein kälteres Abgas bei gleichem Abgasmassenstrom ein kleineres Volumen einnimmt als ein wärmeres Abgas, entsprechend der allgemeinen Gasgleichung von Gay-Lussac. Dadurch wird das Abgas sozusagen dichter gepackt, wodurch die „Laufzeit“ des Abgases und damit die Totzeit TLRS der Regelstrecke entsprechend größer werden.Physically, the effect is that a colder exhaust gas occupies a smaller volume than a warmer exhaust gas for the same exhaust gas mass flow, according to the general Gay-Lussac gas equation. As a result, the exhaust gas is packed more densely, so to speak, which means that the “running time” of the exhaust gas and thus the dead time TLRS of the controlled system are correspondingly longer.
Man erkennt an dem Blockdiagramm der
Der Korrekturfaktor KF-1 beschreibt eine theoretisch volle Kompensation und der Korrekturfaktor KF-2 beschreibt eine in der praktischen Anwendung besonders geeignete halbe Kompensation der Totzeit TLRS in Bezug auf die Temperatur TAIKRM des Abgases. Damit kann die Totzeit TLRS der Regelstrecke der Zweipunkt-Lambdaregelung besonders genau ermittelt werden, wodurch die Amplitude der Zeitfunktion 31 der Stellgröße fr, welche die Zweipunktregelung 29 charakterisiert, im Wesentlichen unabhängig von der Abgastemperatur TAIKRM werden kann.The correction factor KF-1 describes a theoretical full compensation and the correction factor KF-2 describes a half compensation of the dead time TLRS in relation to the temperature TAIKRM of the exhaust gas, which is particularly suitable in practical application. This allows the dead time TLRS of the controlled system of the two-point lambda control to be determined particularly precisely, whereby the amplitude of the
Dies erfolgt, indem die Integrator-Steigung IS entsprechend dem nachfolgenden Zusammenhang angepasst wird:
- TLRS
- Totzeit der Regelstrecke der Zweipunktregelung 29;
- A
Amplitude der Zeitfunktion 31 der Stellgröße fr; und- IS
- Integrator-Steigung.
- TLRS
- Dead time of the controlled system of the two-
point control 29; - A
- Amplitude of the
time function 31 of the manipulated variable fr; and - IS
- Integrator slope.
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