DE102012200036A1

DE102012200036A1 - Verfahren zur modellbasierten Regelung oder Steuerung der Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102012200036A1
Application number: DE102012200036A
Authority: DE
Inventors: Christian Post; Jiangang Wang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur modellbasierten Regelung oder Steuerung der Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei zur Regelung oder Steuerung der Temperatur des Abgases in zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine Kraftstoff als späte Nacheinspritzung PoI1 eingebracht wird und wobei eine in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge der Nacheinspritzung bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge aus einem Kennfeld auf Basis einer Grund-Dosiermenge der späten Nacheinspritzung PoI1 bestimmt wird und dass in einem zweiten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge mit einer aus einer Abweichung von Grund-Dosierung und Soll-Dosierung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmten Korrektur korrigiert wird. Bei einer modellbasierten Temperaturregelung wird ein Modell, insbesondere ein Katalysatormodell, zur Bestimmung der Temperatur in Katalysator und von deren Verlauf bei Zudosierung unverbrannter Kohlenwasserstoffe mittels später Nacheinspritzung PoI1 verwendet. Für eine hohe Modellgüte ist es notwendig, den unverbrannten Anteil der späten Nacheinspritzung PoI1 möglichst genau zu kennen. Der nicht-oxidierte Anteil der späten Nacheinspritzung hängt dabei von deren eindosierter Menge und vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ab. Erfindungsgemäß wird hierzu die aus einem Kennfeld bestimmte eingebrachte Menge mit einer Korrektur versehen, die aus einer normierten Abweichung von Soll- und Grunddosiermenge in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung des unverbrannten und des verbrannten Anteils der späten Nacheinspritzung PoI1 verbessert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur modellbasierten Regelung oder Steuerung der Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei zur Regelung oder Steuerung der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems in zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine Kraftstoff als späte Nacheinspritzung PoI1 eingebracht wird und wobei eine in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge der Nacheinspritzung bestimmt wird.
Bei Dieselmotoren werden aufgrund der geforderten niedrigen Emissionsgrenzwerte Abgasnachbehandlungssysteme mit Oxidationskatalysatoren und in Abgasrichtung nachgeschalteten Partikelfiltern eingesetzt. Partikelfilter weisen eine begrenzte Speicherfähigkeit auf und müssen zur Wiederherstellung der Reinigungswirkung in bestimmten Abständen regeneriert werden. Dies geschieht typischerweise alle 250 bis 1000 km. Zur Regeneration des Diesel-Partikelfilters (DPF) wird die Abgastemperatur üblicherweise zunächst so stark angehoben, dass der im DPF eingelagerte Ruß abzubrennen beginnt. Hierfür werden eine Vielzahl von Maßnahmen ergriffen, da die notwendigen hohen Abgastemperaturen von 600° C bis 650° C im normalen Betrieb eines Diesel-Motors nur nahe der Volllast erreicht werden. Insbesondere im Fall niedriger Motorlasten und Drehzahlen sind neben Luftsystemeingriffen (Drosselklappe) einspritzseitige Maßnahmen erforderlich, um o.g. Temperaturbereich einzustellen. Dazu gehören Maßnahmen, wie eine Spätverschiebung der Haupteinspritzmenge, das Absetzen einer im Motor brennenden Nacheinspritzung (PoI2) („post injection 2“) und das Absetzen einer am Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) verbrennenden späten Nacheinspritzung (PoI1) („post injection 1“). Die Regelung oder Steuerung der Temperatur vor dem Oxidationskatalysator und vor dem Partikelfilter erfolgt dabei auf Basis einer Temperaturmessung oder auf Basis eines Modells des Abgaskanals. Die späte Nacheinspritzung darf kein Moment mehr erzeugen und sollte möglichst nicht mehr im Zylinder verbrennen. Allerdings kann eine partielle Oxidation der späten Nacheinspritzung, beispielhaft im Zylinder oder im heißen Krümmer, nicht verhindert werden. Um eine möglichst genaue Temperatur-Regelung oder -Steuerung, insbesondere bei einer modellbasierten Temperatur-Regelung zu erreichen, ist es wichtig, die eingespritzte Menge sowie den bereits vor dem Diesel-Oxidations-Katalysator oxidierten Anteil und damit auch die für die Oxidation im dem Diesel-Oxidations-Katalysator verbliebene Menge möglichst genau zu kennen.
Nach dem Stand der Technik wird der vor dem Diesel-Oxidations-Katalysator oxidierten Anteil der späten Nacheinspritzung in Prüfungen auf einem Motorenprüfstand unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen bestimmt und in einem Kennfeld abgelegt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird er dann aus dem Kennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und Last bestimmt.
In einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird im Betrieb der Brennkraftmaschine ein Dosiermengenfehler der späten Nacheinspritzung bestimmt und damit die aus dem Kennfeld entnommene Menge der oxidierten Nacheinspritzung korrigiert. Hierdurch wird die Genauigkeit des Verfahrens verbessert, der Aufwand während des Betriebs aber erhöht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen mit dem bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine der oxidierte Anteil der späten Nacheinspritzung PoI1 mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden kann und mit dem der Aufwand bei der Bestimmung vermindert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge aus einem Kennfeld auf Basis einer Grund-Dosiermenge der späten Nacheinspritzung PoI1 bestimmt wird und dass in einem zweiten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge mit einer aus einer Abweichung von Grund-Dosierung und Soll-Dosierung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmten Korrektur korrigiert wird. Bei einer modellbasierten Temperaturregelung wird ein Modell, insbesondere ein Katalysatormodell, zur Bestimmung der Temperatur in Katalysator und von deren Verlauf bei Zudosierung unverbrannter Kohlenwasserstoffe mittels später Nacheinspritzung PoI1 verwendet. Für eine hohe Modellgüte ist es notwendig, den unverbrannten Anteil der späten Nacheinspritzung PoI1 möglichst genau zu kennen. Der nicht-oxidierte Anteil der späten Nacheinspritzung hängt dabei von deren eindosierter Menge und vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ab. Erfindungsgemäß wird hierzu die aus einem Kennfeld bestimmte eingebrachte Menge mit einer Korrektur versehen, die aus einer normierten Abweichung von Soll- und Grunddosiermenge und dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Bestimmung des unverbrannten und des verbrannten Anteils der späten Nacheinspritzung PoI1 verbessert werden und es kann auf ein aufwändiges Verfahren zur Bestimmung von PoI1-Dosiermengenfehlern verzichtet werden.
Wird im zweiten Schritt die Korrektur aus einer Abweichung zwischen Grund-Dosierung und Soll-Dosierung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt, kann ein aufwändiges Verfahren zur Bestimmung von PoI1-Dosiermengenfehlern entfallen. Die Genauigkeit bei der Bestimmung des nicht-oxidierten Anteils von PoI1 wird erhöht. Eine solche Korrektur ist vor allem für den dynamischen Fahrbetrieb relevant.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge aus der Soll-Dosierung und einem oxidierten Anteil der späten Nacheinspritzung bestimmt. Während in der bisher beschriebenen Ausführung im ersten Schritt auf Basis der Grunddosierung eine nicht-oxidierte unverbrannte Menge bestimmt wird, wird in dieser Ausführungsform mit der oxidierten verbrannten Menge aus der späten Nacheinspritzung PoI1 gerechnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Mengendiagramm einer Nacheinspritzung,
2 einen Verlauf in einem Zylinderdruck-Diagramm,
3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in einem Mengendiagramm 10 Messwerte zur Dosierung einer späten Nacheinspritzung PoI1 aufgetragen über einer Dosiermengenvorgabe 17 für einen festen Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine. Die Messwerte sind auf einer Mengenachse 11 aufgetragen. Zum Vergleich mit der Dosiermengenvorgabe 17 ist eine Vergleichslinie 16 eingetragen, die gleiche Werte für die Dosiermengenvorgabe 17 und die Messwerte markiert. Eine erste Mengenbestimmung 12 markiert Werte, die aus der Auswertung aller kohlenstoffhaltigen Emissionen (Kohlenwasserstoff HC, Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid CO₂) bestimmt wurden. Für eine zweite Mengenbestimmung 13 wurde die Menge der späten Nacheinspritzung PoI1 mittels einer Kraftstoffwaage bestimmt. Für eine dritte Mengenbestimmung 14 wurde die Menge über die unvollständig verbrannten Anteile Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO durchgeführt, für eine vierte Mengenbestimmung wurden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe HC herangezogen. Die erste Mengenbestimmung 12 und die zweite Mengenbestimmung 13 ergeben weitgehend übereinstimmende Werte und charakterisieren den Eintrag an später Nacheinspritzung in die Zylinder. Der Unterschied zwischen diesen Werten und der Vergleichslinie 16 ist als Einspritzmengenfehler aufzufassen. Die dritte Mengenbestimmung 14 und die vierte Mengenbestimmung 15 stimmen ihrerseits weitgehend überein und liegen um die Menge eines motorisch verbrannten Anteils unter der ersten und zweiten Mengenbestimmung 12, 13. Führt man die Mengenbestimmung an anderen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine durch, erhält man andere Werte für den motorisch verbrannten Anteil. Diese Unterschiede zwischen Dosiermengenvorgabe und Ist-Dosierung können im erfindungsgemäßen zweiten Schritt der Mengenbestimmung zur Verbesserung der Genauigkeit verwendet werden.
2 zeigt in einem Zylinderdruck-Diagramm 20 entlang einer Winkelachse 25, die den Kurbelwellenwinkel kennzeichnet, und entlang einer Druckachse 21 Druck-Verläufe in einem Zylinder der Brennkraftmaschine. Ein erster Druckverlauf 23 ist mit einer unterbrochenen Linie gekennzeichnet und zeigt den Verlauf des Zylinderinnendrucks ohne eine späte Nacheinspritzung PoI1. Ein zweiter Druckverlauf 24 ist mit einer durchgezogenen Linie gekennzeichnet und zeigt den Verlauf des Zylinderinnendrucks bei Zudosierung einer späten Nacheinspritzung PoI1. Der zweite Druckverlauf 24 unterscheidet sich vom ersten Druckverlauf 23 bereits in einem Vorzündbereich 22 der Nacheinspritzung PoI1, was darauf schließen läßt, dass ein Teil der späten Nacheinspritzung PoI1 vom Vortakt im Zylinder verblieben ist und im aktuellen Takt verbrannt wird. Diese Fehl-Menge muß bei der Modellierung der Temperatur auf Basis der späten Nacheinspritzung berücksichtigt werden. Als weitere Fehl-Menge unverbrannter später Nacheinspritzung ist die Verbrennung an heißen Teilen im Abgaskanal wie beispielhaft einem heißen Krümmer zu berücksichtigen.
3 zeigt in einem Ablaufdiagrmm 30 das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines verbrannten Anteils 40 einer späten Nacheinspritzung PoI1. In dem Verfahren werden ein erstes Kennfeld 34, ein zweites Kennfeld 35 und ein drittes Kennfeld 43 verwendet. Als Eingangsgrößen werden eine Drehzahl 31 der Brennkraftmaschine, eine Soll-Nacheinspritzmenge 32 und eine Last 33 der Brennkraftmaschine verwendet. In dem ersten Kennfeld 34 wird aus der Drehzahl 31 und der Last 33 der Brennkraftmaschine auf Basis einer Grund-Dosiermenge 38 ein verbrannter Grund-Anteil 37 der späten Nacheinspritzung PoI1 bestimmt. In dem zweiten Kennfeld 35 wird aus der Drehzahl 31 und der Last 33 die betriebspunktabhängige Grund-Dosiermenge 38 für PoI1 bestimmt und in einer Divisions-Stufe 36 diese in das Verhältnis 41 zu einer Soll-Nacheinspritzmenge 32 gesetzt. Mit der Grund-Dosiermenge 38 wird bei stationären Betriebsbedingungen eine Soll-Temperatur des Abgases vor dem DPF erreicht. Falls die Grund-Dosiermenge 38 in einem Betriebspunkt aus dem zweiten Kennfeld 35 als „Null“ bestimmt wird, wird in einer Vergleichs-Stufe 39 ein Umschaltsignal für eine Schalt-Stufe 42 erzeugt und dem dritten Kennfeld 43 als Verhältnis 41 der Wert 1 zugeführt. In den übrigen Fällen wird dem dritten Kennfeld 43 das Verhältnis 41 zwischen der Soll-Nacheinspritzmenge 32 und der aus dem zweiten Kennfeld 35 bestimmten Grund-Dosiermenge 38 zugeführt. Dieses Verhältnis 41 wird auch als „normierte Abweichung“ von der Soll-Nacheinspritzmenge 32 und der Grund-Dosiermenge 38 bezeichnet. Hieraus und aus der dem dritten Kennfeld 43 zugeführten Drehzahl 31 wird ein Korrekturfaktor 45 bestimmt, der zur Korrektur des Grund-Anteils 37 der verbrannten späten Nacheinspritzung verwendet wird. In einer Begrenzer-Stufe 46 wird der korrigierte Grund-Anteil 37 auf den Wert „eins“ begrenzt, indem das Minimum des korrigierten Grund-Anteils 37 und des Werts „eins“ gebildet wird. Der so erhaltene Wert ist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Wert des verbrannten Anteils 40 der späten Nacheinspritzung PoI1. Ein aufwändiges Verfahren zur Bestimmung der PoI1-Dosiermengenfehler ist nicht erforderlich und die Genauigkeit bei der Bestimmung des verbannten Anteils von PoI1 wird verbessert.

Claims

Verfahren zur modellbasierten Regelung oder Steuerung der Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei zur Regelung oder Steuerung der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems in zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine Kraftstoff als späte Nacheinspritzung PoI1 eingebracht wird und wobei eine in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge der Nacheinspritzung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge aus einem Kennfeld auf Basis einer Grund-Dosiermenge der späten Nacheinspritzung PoI1 bestimmt wird und dass in einem zweiten Schritt die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge mit einer aus einer Abweichung von Grund-Dosierung und Soll-Dosierung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmten Korrektur korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die Korrektur aus einer Abweichung zwischen Grund-Dosierung und Soll-Dosierung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Abgasnachbehandlungssystem eingebrachte Menge aus der Soll-Dosierung und einem oxidierten Anteil der späten Nacheinspritzung bestimmt wird.