DE102014217218A1

DE102014217218A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014217218A1
Application number: DE102014217218.7A
Authority: DE
Inventors: Clemens Knippschild; Jan Egermann; Dieter Mannigel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Lambda-Regelung, umfassend das Berechnen eines Systemsollwerts (22) für Lambda für einen Magerbetrieb (I) mit Lambda größer eins; das Bereitstellen eines Kennfeldsollwerts (24) für Lambda für einen Fettbetrieb (III) mit Lambda kleiner eins; das Generieren einer Sollwert-Trajektorie (26, 28) für Lambda für einen Übergang (II) zwischen Magerbetrieb (I) und Fettbetrieb (III); und das Führen des Sollwerts (λsoll) für Lambda auf der Sollwert-Trajektorie (26, 28) bei einem Übergang (II) zwischen Magerbetrieb (I) und Fettbetrieb (III).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.
Bei einem Magerbetrieb mit einem Lambdawert größer eins und einem Fettbetrieb mit einem Lambda-Wert kleiner eins ist oftmals kein definierter Übergang für eine Lambdaregelung gegeben. Dies führt zu unnötigen Regleranregungen.
DE 102 34 849 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem die Einhaltung eines gewünschten Drehmomentes Priorität vor der Einhaltung eines vorgegebenen Lambdawertes hat.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Lambdaregelung für eine Brennkraftmaschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einem Steuergerät gemäß Anspruch 7 beziehungsweise einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Lambdaregelung umfasst:

– Berechnen eines Systemsollwerts für Lambda für einen Magerbetrieb mit Lambda größer eins;
– Bereitstellen eines Kennfeldsollwerts für Lambda für einen Fettbetrieb mit Lambda kleiner eins;
– Generieren einer Sollwert-Trajektorie für Lambda für einen Übergang zwischen Magerbetrieb und Fettbetrieb; und
– Führen des Sollwerts für Lambda auf der Sollwert-Trajektorie bei einem Übergang zwischen Magerbetrieb und Fettbetrieb.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat durch die Sollwertformung entlang einer Trajektorie den Vorteil, dass ein verbessertes Regelverhalten des Lambdawertes beim Übergang von der Magerphase in die Fettphase und zurück zur Verfügung gestellt wird. So wird eine unerwünschte große Regelabweichung vermieden. Zudem ist die Lambdaregelung bereits im Übergang zwischen den Betriebsphasen aktiv. Die Verwendung eines Systemsollwertes hat den Vorteil einer individuellen Berechnung. Daher muss der Sollwert nicht in einem Kennfeld gespeichert werden, sodass er applikationsunabhängig ist.
Der Systemsollwert kann in Abhängigkeit von einer gesamten Brennraumgasmasse, einer gesamten Abgasrückführungsrate, einer gesamten momentenbildenden Kraftstoffmenge und dem stöchiometrischen Luftverhältnis für den Kraftstoff berechnet werden. Aus diesen Werten, welche im Normalfall diesem System zur Verfügung stehen, kann der Systemsollwert zuverlässig und schnell berechnet werden.
Die Brennkraftmaschine kann einen Dieselmotor aufweisen. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere für einen Dieselmotor geeignet, da üblicherweise bei einem Dieselmotor die Änderung der Kraftstoffmenge im Magerbetrieb zu einer größeren Veränderung des Drehmoments führt.
Die Brennkraftmaschine kann eine aktive Abgasnachbehandlung mit einem Stickoxidspeicherkatalysator aufweisen. Dabei ist es für die Regeneration und die Desulfatisierung des Stickoxidspeicherkatalysators erforderlich, das Abgaslambda vom Magerbetrieb in den Fettbetrieb zu überführen. Im Fettbetrieb muss dann in allen Motorbetriebspunkten das Abgaslambda für eine definierte Zeit auf einem definierten Sollwert gehalten werden.
Die Sollwert-Trajektorie kann durch einen Formungsfaktor bestimmt werden. Über den Formungsfaktor kann die Sollwert-Trajektorie angepasst werden. Die Sollwert-Trajektorie oder Soll-Trajektorie kann linear oder nichtlinear sein. Die Sollwert-Trajektorie beziehungsweise der Formungsfaktor sind derart gewählt, dass der Verlauf des Lambdasollwertes, auch bei einem Übergang zwischen Magerbetrieb und Fettbetrieb, stetig ist. Das heißt, dass stets ein Lambdasollwert definiert ist und dass es im zeitlichen Verlauf lediglich zu kleinen Änderungen des Lambdasollwertes kommt und keine Sprünge vorhanden sind.
Die Sollwert-Trajektorie kann monoton steigend oder monoton fallend, insbesondere streng monoton steigend oder streng monoton fallend, sein. Die Sollwert-Trajektorie kann differenzierbar sein, insbesondere stetig differenzierbar sein. Sie kann des Weiteren frei von Maxima oder Minima sein. Insbesondere können die Werte auf der Sollwert-Trajektorie zwischen der Werten des Anfangswertes und des Endwertes der Sollwert-Trajektorie liegen.
Der Formungsfaktor kann eine Funktion der Zeitdauer des Übergangs sein. Dies kann eine einfache Gerade zwischen dem Kennfeld-Sollwert und dem System-Sollwert sein, wobei die Steigung durch die Zeitdauer angegeben ist. Dies ist eine besonders einfache Realisierung der Sollwert-Trajektorie.
Das erfindungsgemäße Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass es zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie oben beschrieben.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung umfasst ein Steuergerät wie zuvor beschrieben. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Lambdaregelung, und
2 ein Diagramm darstellend die Sollwertführung des Lambdasollwertes.
1 zeigt den hier für die Erläuterung der Erfindung relevanten Teil einer Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 ist hier in diesem Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor. In einer Verbrennung 12 wird das zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt und über eine Abgasstrecke 14 abgeführt. Die Abgasstrecke 14 weist üblicherweise eine Abgasnachbehandlung 16, hier zum Beispiel in Form eines Stickoxidspeicherkatalysators, auf. Eine Lambdasonde oder ein Lambdasensor 18 misst den Lambdawert beziehungsweise den Wert des Abgas-Lambdas. Hier wird der Lambdawert stromabwärts der Abgasnachbehandlung 16 gemessen. Alternativ oder zusätzlich kann der Lambdawert auch stromaufwärts der Abgasnachbehandlung 16, in der Abgasstrecke 14 gemessen werden.
Der Lambdasensor 18 gibt den gemessenen Lambda-Ist-Wert an ein Steuergerät 20 aus. In dem Steuergerät 20 wird die Lambdaregelung für die Brennkraftmaschine 10 ausgeführt.
Entsprechend erzeugt das Steuergerät 20 einen Lambdasollwert und gibt diesen an die Verbrennung 12 aus beziehungsweise steuert mit dem Lambdasollwert die Verbrennung 12.
Anhand von 2 wird nun die in dem Steuergerät 20 berechnete Sollwertführung für die Lambdaregelung näher beschrieben. In dem Diagramm von 2 ist der Lambdasollwert λ_soll über die Zeit t aufgetragen. Es sind unterschiedliche Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Zunächst startet die Brennkraftmaschine in einem Magerbetrieb I. Nach einem sich daran anschließenden Übergang II geht die Brennkraftmaschine 10 in einen Fettbetrieb III über. An den Fettbetrieb III schließt sich wiederum ein Übergang II an, der dann wieder in den Magerbetrieb I zurückführt.
Für den Magerbetrieb I wird ein Systemsollwert 20 für Lambda berechnet. Der Systemsollwert berechnet sich nach folgender Gleichung:
Wobei die Gasmasse_Sollwert der gesamten Brennraumgasmasse entspricht, AGRRate_Sollwert der gesamten Abgasrückführrate entspricht, momt.Kraftstoffmenge_Sollwert der gesamten Momenten bildenden Kraftstoffmenge entspricht und 14,5 das stöchiometrische Luftverhältnis für Dieselkraftstoff ist.
Für den Fettbetrieb III und gegebenenfalls auch für die Übergänge II wird ein Kennfeldsollwert 24 bereitgestellt oder ermittelt. Dieser dient zum Beispiel für die Regeneration und Desulfatisierung der Abgasnachbehandlung 16. Zur stetigen Führung des Lambdasollwerts λ_Soll wird eine Sollwert-Trajektorie 26 generiert, welche im Übergangsbereich II den Systemsollwert 22 mit dem Kennfeldsollwert 24 verbindet. Es sind beispielhaft eine lineare Sollwert-Trajektorie 26 und eine nichtlineare Sollwert-Trajektorie 28 dargestellt. Der Sollwert λ_Soll wird einer der beiden Trajektorien 26 oder 28 nachgeführt.
Die folgende Gleichung beschreibt die Berechnung des Lambdasollwerts für den geformten Übergang von dem Lambda-Systemsollwert 22 auf den Lambda-Kennfeldsollwert 24: Lambda_Sollwert = Lambda_{Systemsollwert} + fac_Formung·(Lambda_{Kennfeldsollwert} – Lambda_{Systemsollwert}
Die nachfolgende Gleichung beschreibt die Berechnung des Lambdasollwerts λ_Soll für den geformten Übergang von dem Lambda-Kennfeldsollwert 24 auf den Lambda-Systemsollwert 22: Lambda_Sollwert = Lambda_{Kennfeldsollwert} + fac_Formung·(Lambda_{Systemsollwert} – Lambda_{Kennfeldsollwert})
Die Größe fac_Formung ist ein Formungsfaktor, durch den die Sollwert-Trajektorie 26 beziehungsweise 28 bestimmt wird. Der Formungsfaktor ist Funktion der Zeitdauer für den Übergang II und ist für den Übergang II definierbar. Der Formungsfaktor kann einen Wertebereich zwischen 0 und 1 annehmen. Der Formungsfaktor folgt der folgenden Gleichung: Fac_Formung = f(∆t_Übergang); fac_Formungε[0; 1]
Wie zu sehen ist, nimmt der Sollwert λ_Soll zu jedem Zeitpunkt einen definierten Wert an und die Führungskurve für den Sollwert λ_Soll hat einen stetigen Verlauf, das heißt, dass keine Sprünge im Verlauf für den Sollwert λ_Soll vorhanden sind.
So wird ein eventuell nachgeschalteter PIG-Regler von einem Sollwertsprung entlastet. Die Sollwertführung kann auch parallel zu einer möglicherweise vorhandenen Steuerung arbeiten und kann diese unterstützen.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
12: Verbrennung
14: Abgasstrecke
16: Abgasnachbehandlung
18: Lambda-Sensor
20: Steuergerät
22: Systemsollwert
24: Kennfeldsollwert
26: Sollwert-Trajektorie
28: Sollwert-Trajektorie
I: Magerbetrieb
II: Übergang
III: Fettbetrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10234849 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Lambda-Regelung, umfassend die Schritte: – Berechnen eines Systemsollwerts (22) für Lambda für einen Magerbetrieb (I) mit Lambda größer eins; – Bereitstellen eines Kennfeldsollwerts (24) für Lambda für einen Fettbetrieb (III) mit Lambda kleiner eins; – Generieren einer Sollwert-Trajektorie (26, 28) für Lambda für einen Übergang (II) zwischen Magerbetrieb (I) und Fettbetrieb (III); und – Führen des Sollwerts (λ_soll) für Lambda auf der Sollwert-Trajektorie (26, 28) bei einem Übergang (II) zwischen Magerbetrieb (I) und Fettbetrieb (III).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemsollwert (22) in Abhängigkeit von einer gesamten Brennraumgasmasse, einer gesamten Abgasrückführungsrate, einer gesamten momentenbildenden Kraftstoffmenge und dem stöchiometrischen Luftverhältnis für den Kraftstoff berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) einen Dieselmotor aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) eine aktive Abgasnachbehandlung (16) mit einem Stickoxidspeicherkatalysator aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwert-Trajektorie (26, 28) durch einen Formungsfaktor bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formungsfaktor eine Funktion der Zeitdauer des Übergangs (II) ist.
Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuergerät (20) nach Anspruch 7 umfasst.