DE102010033336A1 - Method for controlling composition of exhaust gas of internal combustion engine, involves determining value of input variable, where content of predetermined substance in exhaust gas is determined - Google Patents

Method for controlling composition of exhaust gas of internal combustion engine, involves determining value of input variable, where content of predetermined substance in exhaust gas is determined Download PDF

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Abstract

The method involves determining a value of an input variable, where the content of a predetermined substance in an exhaust gas is determined. A measure of a deviation of the air-fuel ratio is set according to the values of the input variables. The composition of exhaust gas is regulated according to the measure of different value or average value of the air-fuel ratio.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Zusammensetzung des Abgases einer Brennkraftmaschine, welcher in Ausströmrichtung ihres Abgases ein Katalysator nachgeordnet ist, wobei hinter zumindest einem Abschnitt des Katalysators eine Lambdasonde nachgeordnet ist, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach Durchlauf des zumindest einen Abschnitts des Katalysators als Regelgröße misst.The invention relates to a method for regulating the composition of the exhaust gas of an internal combustion engine, which is downstream of a catalytic converter in the outflow of their exhaust gas downstream of at least a portion of the catalyst, a lambda probe, the air-fuel ratio of the exhaust gas after passage of the at least one Section of the catalyst measures as a controlled variable.

Ein solches Verfahren ist allgemein bekannt. Beim Regeln wird hierbei auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von genau gleich Eins geregelt, gegebenenfalls wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis um den Mittelwert Eins moduliert.Such a method is well known. In this case, the regulation is regulated to an air-fuel ratio of exactly equal to one, if appropriate, the air-fuel ratio is modulated by the mean of one.

Ausnahmsweise wird auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als Eins) geregelt, z. B. ist dies in der DE 10 2008 002 493 A1 und der DE 10 2008 043 697 A1 beschrieben, um den Zweck zu erreichen, die Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches zu bestimmen. Es wird also bewusst vom Gleichgewicht abgewichen. Naturgemäß kann dieses Ungleichgewicht nicht dauerhaft bestehen bleiben.Exceptionally, a rich air-fuel ratio (air-fuel ratio less than one) is regulated, for. For example, this is in the DE 10 2008 002 493 A1 and the DE 10 2008 043 697 A1 to achieve the purpose of determining the composition of the fuel mixture. It is therefore deliberately deviated from the balance. Of course, this imbalance can not persist permanently.

Die Lambdasonde, häufig auch als Nachkatsonde bezeichnet, ist typischerweise als Sprungsonde ausgebildet, insbesondere ist sie eine Nernstsonde.The lambda probe, often referred to as Nachkatsonde is typically designed as a jump probe, in particular it is a Nernst probe.

Es hat sich gezeigt, dass Katalysatoren bei einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung nicht immer eine optimale Konvertierung darstellen können, während Nernstsonden das tatsächlich vorhandene Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermitteln. Bei Regelung auf das Signal der Nernstsonde wird daher regelmäßig ein Ungleichgewicht eingestellt.It has been found that catalysts with a stoichiometric exhaust gas composition can not always represent optimal conversion, while Nernst probes determine the actual air-fuel ratio. When regulating the signal of the Nernst probe is therefore regularly set an imbalance.

Aufgabe der Erfindung ist es, in verbessertem Maße für eine stabile Regelung im Gleichgewicht zu sorgen.The object of the invention is to provide an improved degree of stable control in equilibrium.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein Wert zu zumindest einer Eingangsgröße ermittelt, die den Gehalt eines vorbestimmten Stoffes im Abgas bestimmt. In Abhängigkeit von allen Eingangsgrößen wird dann ein Maß für eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom Wert Eins festgelegt, und entsprechend dem Maß wird auf einen vom Wert Eins abweichenden Wert oder Mittelwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt.According to the invention, a value is determined for at least one input variable which determines the content of a predetermined substance in the exhaust gas. Then, a measure of a deviation of the air-fuel ratio from the value of one is set in accordance with all the input variables, and the value is adjusted to a value or average deviating from the value of one for the air-fuel ratio.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ganz bestimmte Stoffe im Abgas für eine Verfälschung der Messergebnisse der Lambdasonde sorgen, sofern sie angeben sollen, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Katalysator wirksam ist. Die Nernstsonde hat gewissermaßen bessere Messergebnisse, indem sie z. B. katalytisch aktiver ist als der Katalysator selbst.The invention is based on the recognition that very specific substances in the exhaust gas cause a falsification of the measurement results of the lambda probe, provided that they should indicate how the air-fuel ratio for the catalyst is effective. The Nernst probe has a sort of better measurement results by z. B. catalytically more active than the catalyst itself.

Dadurch, dass bewusst vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich Eins abgewichen wird, aber in einem Maße, bei dem der Gehalt des vorbestimmten Stoffes berücksichtigt ist, wird die Wirkung der Verfälschung ausgeglichen. Dadurch wird im Ergebnis eine stabile Regelung im Gleichgewicht erzielt.By deliberately deviating from the air-fuel ratio equal to one, but to the extent that the content of the predetermined substance is taken into account, the effect of the adulteration is compensated. As a result, stable control in equilibrium is achieved as a result.

Der Erfinder der vorliegend beschriebenen Idee hat insbesondere erkannt, dass Nernstsonden einen Methananteil falsch erfassen. Die Nachkatsonden sind heißer als der Katalysator, und bei höheren Temperaturen (insbesondere von über 600°C) wird die katalytische Oxidation von Methan gefördert.In particular, the inventor of the present invention has recognized that Nernst probes mismatch a proportion of methane. The aftercats are hotter than the catalyst, and at higher temperatures (especially above 600 ° C) the catalytic oxidation of methane is promoted.

Die Nachkatsonde erfasst somit einen Stoff, der im Katalysator nicht konvertiert wird, vom Katalysator also nicht erfasst wird. Dadurch entsteht an sich ein Ungleichgewicht.The Nachkatsonde thus detects a substance that is not converted in the catalyst, that is not detected by the catalyst. This creates an imbalance in itself.

Kennt man nun den Anteil an Methan im Abgas, so lässt sich entsprechend gegensteuern: Insbesondere kann auf einen ins Fette vom Wert abweichenden Wert oder Mittelwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt werden. Rechnet man dem Wert für Lambda kleiner als Eins den Anteil von Methan zu, der von der Nernstsonde erfasst wird, vom Katalysator aber nicht konvertiert wird, so erhält man dann genau wieder den richtigen Wert von Lambda gleich Eins, auf den geregelt werden sollte.If the proportion of methane in the exhaust gas is known, then it is possible to take appropriate action: in particular, it is possible to regulate to a value or mean value for the air-fuel ratio that deviates from the value in terms of fats. If the value of lambda less than one is added to the proportion of methane detected by the Nernst probe but not converted by the catalyst, then exactly the correct value of lambda equal to one is obtained, to which it should be regulated.

Der Anteil an Methan kann lediglich abgeschätzt werden. Eingangsgröße kann insbesondere eine der Brennkraftmaschine zugeordnete Drehzahl (an der Kurbelwelle) sein, genauso auch die von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Last (Maschinenmoment). Der durch diese beiden Eingangsgrößen festgelegte Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt nämlich den Anteil an Methan im Abgas.The proportion of methane can only be estimated. In particular, input quantity may be a rotational speed (at the crankshaft) assigned to the internal combustion engine, as well as the load applied by the internal combustion engine (engine torque). Namely, the operating point of the internal combustion engine determined by these two input variables determines the proportion of methane in the exhaust gas.

Wenn immer mit demselben Kraftstoff gearbeitet wird, genügen diese beiden Eingangsgrößen. Bevorzugt wird jedoch zusätzlich eine die Art und Beschaffenheit (Qualität) des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs wiedergebende Größe als Eingangsgröße vorgesehen. Unterschiedliche Kraftstoffarten sorgen für unterschiedliche Anteile an Methan im Abgas.Whenever the same fuel is used, these two inputs are sufficient. Preferably, however, a size reflecting the nature and quality of the fuel supplied to the internal combustion engine is additionally provided as the input variable. Different fuel types provide for different proportions of methane in the exhaust gas.

Außerdem ändert sich das Ausmaß mit dem der Katalysator Methan katalytisch oxidieren kann, über die Lebensdauer des Katalysators hinweg. Bevorzugt wird deswegen als Eingangsgröße zusätzlich ein Maß für die Alterung des Katalysators bzw. seine Fähigkeit zur Konvertierung des vorbestimmten Stoffes vorgesehen.In addition, the extent to which the catalyst can catalytically oxidize methane changes over the life of the catalyst. Preference is therefore given as input a measure of the aging of the catalyst or his Ability to convert the predetermined substance provided.

Bevorzugt erfolgt eine Ermittlung des Maßes für die Abweichung vom Wert Eins anhand eines Kennfelds, für das die genannten Eingangsgrößen die Eingangsparameter sind. Ein Kennfeld ermöglicht in besonders präziser Weise eine Zuordnung von Methananteilen zu tatsächlichen Gegebenheiten.Preferably, a determination of the measure for the deviation from the value of one takes place on the basis of a characteristic diagram for which the input variables mentioned are the input parameters. A characteristic map makes it possible to assign methane components to actual conditions in a particularly precise manner.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur eine Anordnung zeigt, bei der ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens sinnvoll ist.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which the single figure shows an arrangement in which a use of the method according to the invention is useful.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 2. Der Abgasstrang 2 umfasst einen Abgaskatalysator 3, der z. B. als Drei-Wege-Katalysator, als NOx-Speicherkatalysator oder als ein aktiver Partikelfilter ausgebildet ist, sowie einen integrierten Sauerstoffspeicher 4 beinhaltet. Der Abgasstrang 2 umfasst ferner eine stromauf des Abgaskatalysators 3 angeordnete Lambdasonde 5, die als Führungssonde dient, sowie eine dem Abgaskatalysator 3 zugeordnete Lambdasonde 6, die als Regelsonde dient.The figure shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with an exhaust system 2 , The exhaust system 2 includes an exhaust gas catalyst 3 , the z. B. as a three-way catalyst, as a NOx storage catalyst or as an active particulate filter is formed, and an integrated oxygen storage 4 includes. The exhaust system 2 further includes an upstream of the catalytic converter 3 arranged lambda probe 5 , which serves as a guide probe, as well as a catalytic converter 3 assigned lambda probe 6 , which serves as a control probe.

Die Lambdasonde 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromab des Abgaskatalysators 3 angeordnet. Genauso gut könnte diese Lambdasonde jedoch auch direkt im Abgaskatalysator 3, d. h. nach einem Teilvolumen des Sauerstoffspeichers 4, angeordnet sein.The lambda probe 6 is in the present embodiment downstream of the catalytic converter 3 arranged. However, this lambda probe could just as well be used directly in the catalytic converter 3 ie after a partial volume of the oxygen storage 4 be arranged.

Es ist im Folgenden davon ausgegangen, dass sich das Abgas der Brennkraftmaschine 1 zumindest mit einer vorgegebenen Genauigkeit auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda einstellen lässt.It is assumed below that the exhaust gas of the internal combustion engine 1 at least with a predetermined accuracy to a predetermined air-fuel ratio lambda set.

Die Lambdasonde 6 ist eine Nernstsonde (Sprungsonde). Der Erfinder der vorliegend beschriebenen Idee hat erkannt, dass im Betrieb der Lambdasonde 6 im Abgas vorhandenes Methan katalytisch oxidiert wird, das vom Katalysator 3 nicht katalytisch oxidiert wird. Mit anderen Worten verfälscht das Methan die Messung der Lambdasonde 6, wenn diese wiedergeben soll, wie die Abgaszusammensetzung nach Durchlauf des Katalysators ist. Vorliegend wird an einer Kurbelwelle 7 die Drehzahl ω und die Last (Drehmoment) M ermittelt. Aus einem Kraftstofftank 8 wird der Brennkraftmaschine Kraftstoff zugeführt. Im Kraftstofftank 8 befindet sich ein Sensor 9, der die Beschaffenheit oder auch die Qualität des Kraftstoffs ermittelt.The lambda probe 6 is a Nernst probe (jumping probe). The inventor of the presently described idea has recognized that during operation of the lambda probe 6 in the exhaust gas existing methane is catalytically oxidized, that of the catalyst 3 is not catalytically oxidized. In other words, the methane falsifies the measurement of the lambda probe 6 if it is to reflect how the exhaust gas composition is after passing through the catalyst. In the present case is on a crankshaft 7 the speed ω and the load (torque) M determined. From a fuel tank 8th the fuel is supplied to the internal combustion engine. In the fuel tank 8th there is a sensor 9 which determines the nature or quality of the fuel.

Eine in der Figur nicht gezeigte Steuereinrichtung, die im Rahmen der Regelung eingesetzt wird, erhält als Eingangsgrößen die Drehzahl ω, die Last M und einen Datenwert, der von dem Sensor 9 ermittelt wird. Zudem ist in der Steuereinrichtung ein Datenwert zur Alterung des Abgaskatalysators 3, insbesondere zur Fähigkeit seiner Konvertierung, bereitgestellt, das nach an sich bekannten Verfahren ermittelt wird oder worden ist. Im einfachsten Fall wird einfach das Alter des Katalysators in Zeiteinheiten angegeben. Ein Kennfeld ordnet jeder Gruppe von solchen Parameterwerten einen Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda zu.A control device, not shown in the figure, which is used in the context of control, receives as input variables the rotational speed ω, the load M and a data value received from the sensor 9 is determined. In addition, in the control device, a data value for the aging of the catalytic converter 3 , in particular the ability of its conversion, which is or has been determined by methods known per se. In the simplest case, the age of the catalyst is simply given in units of time. A map assigns a value for the air-fuel ratio lambda to each group of such parameter values.

Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda gemäß dem Kennfeld weicht in einer solchen Weise vom Wert Lambda gleich Eins, dass sich bei einer Messung durch die Lambdasonde 6 genau dann der dem Kennfeld entnommene Wert für Lambda ergibt, wenn der tatsächliche Wert für Lambda gleich Eins ist.The air-fuel ratio lambda according to the map deviates in such a way from the value lambda equal to one, that in a measurement by the lambda probe 6 if and only if the actual value for lambda equals one, the lambda value taken from the map results.

Grund hierfür ist, dass das Kennfeld so gewählt ist, dass der Anteil an Methan im Abgas nicht berücksichtigt wird.The reason for this is that the map is selected so that the proportion of methane in the exhaust gas is not taken into account.

Durch die Regelung wird somit ausgeglichen, dass die Lambdasonde 6 verfälschte Messungen macht.The control thus compensates for the lambda probe 6 makes falsified measurements.

Das Verfahren ist analog auch dann anwendbar, wenn andere Stoffe die Messung verfälschen.The method is analogously applicable even if other substances distort the measurement.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102008043697 A1 [0003] DE 102008043697 A1 [0003]

Claims (6)

Verfahren zum Regeln der Zusammensetzung des Abgases einer Brennkraftmaschine (1), der in Ausströmrichtung ihres Abgases ein Katalysator (3) nachgeordnet ist, wobei hinter zumindest einem Abschnitt des Katalysators (3) eine Lambdasonde (6) angeordnet ist, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach Durchlaufen des zumindest einen Abschnitts des Katalysators (3) als Regelgröße misst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert zu zumindest einer Eingangsgröße (ω, M) ermittelt wird, die den Gehalt eines vorbestimmten Stoffes im Abgas bestimmt und in Abhängigkeit von allen Eingangsgrößen ein Maß für eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom Wert Eins festgelegt wird und entsprechend dem Maß auf einen von Eins abweichenden Wert oder Mittelwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird.Method for regulating the composition of the exhaust gas of an internal combustion engine ( 1 ), which in the outflow direction of its exhaust gas is a catalyst ( 3 ), wherein behind at least a portion of the catalyst ( 3 ) a lambda probe ( 6 ) is arranged, the the air-fuel ratio of the exhaust gas after passing through the at least a portion of the catalyst ( 3 ) is measured as a controlled variable, characterized in that a value for at least one input variable (ω, M) is determined which determines the content of a predetermined substance in the exhaust gas and a function of all input variables is a measure of a deviation of the air-fuel ratio of Value one is determined and regulated according to the measure to a value deviating from one or average value for the air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Stoff Methan ist und auf einen ins Fette vom Wert Eins abweichenden Wert oder Mittelwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the predetermined substance is methane and is regulated to a value or average deviating from the value of one for the air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Brennkraftmaschinen zugeordnete Drehzahl (ω) Eingangsgröße ist und eine von der Brennkraftmaschine aufgebrachte Last (M) Eingangsgröße ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that one of the internal combustion engine associated speed (ω) input and an applied by the internal combustion engine load (M) is input. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und Beschaffenheit bzw. Qualität eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs durch eine Eingangsgröße wiedergegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the type and quality of a fuel supplied to the internal combustion engine is represented by an input variable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß für die Alterung des Katalysators Eingangsgröße ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a measure of the aging of the catalyst is input variable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die Abweichung anhand eines Kennfelds in Abhängigkeit von der zumindest einen Eingangsgröße festgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measure of the deviation is determined on the basis of a characteristic field as a function of the at least one input variable.
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