DE102016205951B4 - Method and control device for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator (2), eine erste Abgassonde (3) an einem Abgaskatalysator-Eingang (5) und eine zweite Abgassonde (4) an einem Abgaskatalysator-Ausgang (6) aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (1) in einem Überspülmodus und einem Normalmodus betreibbar ist,- bei dem ein Kraftstoff-Luftverhältnis in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors (1) durch Anpassen einer Einspritzmenge und/oder einer Menge an Ansaugluft und/oder einer Überspüldauer geregelt wird,- bei dem in dem Normalmodus ein Satz von Normal-Regelparametern verwendet wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis in der Brennkammer innerhalb vorgegebener Schranken zu halten,- bei dem in dem Überspülmodus ein Satz von Überspül-Regelparametern verwendet wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis am Abgaskatalysator-Eingang (5) basierend auf Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde (3) und/oder der zweiten Abgassonde (4) innerhalb vorgegebener Schranken zu halten und- bei dem in dem Überspülmodus die Überspüldauer basierend auf den Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde (3) und/oder der zweiten Abgassonde (4) geregelt wird.Method for operating an internal combustion engine (1) with an exhaust gas tract which has an exhaust gas catalytic converter (2), a first exhaust gas probe (3) at an exhaust gas catalyst inlet (5) and a second exhaust gas probe (4) at an exhaust gas catalytic converter outlet (6), wherein the internal combustion engine (1) is operable in a super-purge mode and a normal mode, - in which an air-fuel ratio in a combustion chamber of the internal combustion engine (1) is controlled by adjusting an injection amount and / or an amount of intake air and / or a supercharging duration, wherein, in the normal mode, a set of normal control parameters is used to maintain the air-fuel ratio in the combustion chamber within predetermined limits, wherein in the over-purge mode, a set of over-purge control parameters is used to adjust the air-fuel ratio to the exhaust catalyst Input (5) based on measured values of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe (3) and / or the second exhaust gas probe (4) ) within predetermined limits and in which, in the over-purge mode, the over-purge duration is controlled based on the measurements of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe (3) and / or the second exhaust gas probe (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem Normalmodus und einem Überspülmodus mit einem Abgastrakt, der eine erste Abgassonde, eine zweite Abgassonde und einen Abgaskatalysator, insbesondere bestehend aus einem oder mehreren Monolithen, umfasst.The present invention relates to a method, a computer program and a control device for operating an internal combustion engine in a normal mode and an overflushing mode with an exhaust tract comprising a first exhaust gas probe, a second exhaust gas probe and an exhaust gas catalyst, in particular consisting of one or more monoliths.
In Verbrennungsmotoren mit einem Turbolader ist es bekannt, den Verbrennungsmotor in einem niedrigen Drehzahlbereich in einem Überspülmodus zu betreiben, in dem während eines Ausstoßtaktes sowohl Einlassventile als auch Auslassventile eines Zylinders überschneidend geöffnet sind, so dass eine gewisse Menge an frischer Luft durch den Zylinder strömt, ohne an einer Verbrennung teilzunehmen. Dadurch wird der Drehzahlanstieg des Turboladers verbessert, wodurch ein schnell ansteigender Ladedruck des Turboladers erzielbar ist. Das Überspülen führt jedoch in einem Abgastrakt zur Vermischung von Abgasen und Frischluft. Durch diese Vermischung ändert sich die Zusammensetzung eines Kraftstoff-Luftverhältnisses λ, so dass ein Abgaskatalysator das Abgas nicht mehr optimal reinigt.In internal combustion engines with a turbocharger, it is known to operate the internal combustion engine at a low speed range in a super-purge mode in which both intake and exhaust valves of a cylinder are intersectingly opened during an exhaust stroke so that a certain amount of fresh air flows through the cylinder. without participating in a combustion. As a result, the speed increase of the turbocharger is improved, whereby a rapidly increasing boost pressure of the turbocharger can be achieved. However, the flushing leads in an exhaust tract to the mixing of exhaust gases and fresh air. As a result of this mixing, the composition of a fuel / air ratio λ changes, so that an exhaust gas catalyst no longer optimally cleans the exhaust gas.
In bisherigen Verbrennungsmotoren wird eine Regelung zur Einstellung des Kraftstoff-Luftverhältnisses während des Überspülens derart ausgeführt, dass ein stöchiometrisches Lambda in einer Brennkammer eingestellt wird. Das Abgas des Verbrennungsmotors besteht infolgedessen aus einem Abgasstrom, gemischt mit einem Strom an frischer Luft, die durch den jeweiligen Zylinder gespült wurde. Dadurch verschiebt sich das A des Abgases zu einer luftreichen Seite und der Abgaskatalysator arbeitet nicht mehr im optimalen Bereich, wodurch sich Abgaswerte des Verbrennungsmotors verschlechtern.In previous internal combustion engines, a control for adjusting the air-fuel ratio during the over-purge is performed such that a stoichiometric lambda is set in a combustion chamber. As a result, the exhaust gas of the internal combustion engine consists of an exhaust gas stream mixed with a stream of fresh air that has been flushed through the respective cylinder. As a result, the A of the exhaust gas shifts to an air-rich side and the exhaust gas catalyst no longer operates in the optimum range, whereby deteriorate exhaust gas values of the internal combustion engine.
In bisherigen Verbrennungsmotoren wird ferner eine Trimmregelung verwendet. Bei der Trimmregelung wird eine zweite Abgassonde stromabwärts des Abgaskatalysators verwendet, um eine erste Abgassonde stromaufwärts des Abgaskatalysators, die das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors regelt, in ihrer optimalen Regellage zu halten.In previous internal combustion engines, a trim control is also used. In the trim control, a second exhaust gas probe downstream of the catalytic converter is used to maintain a first exhaust gas probe upstream of the catalytic converter, which regulates the fuel-air ratio in a combustion chamber of the internal combustion engine in its optimal control position.
Im Überspülmodus kommt es zu einer Beimischung von Frischluft zum Abgas, insbesondere beim Wechsel in oder aus dem Überspülmodus. Dadurch kommt es zu großen Schwankungen des Kraftstoff-Luftverhältnisses. Eine Trimmregelung könnte auf diesen Wechsel nicht schnell genug reagieren, so dass es zu großen Schwankungen in der Regelung kommt. Daher wird bisher im Überspülmodus die Trimmregelung deaktiviert.In the overflow mode, there is an admixture of fresh air to the exhaust gas, especially when changing into or out of the overflushing mode. As a result, there are large fluctuations in the air-fuel ratio. A trim control could not react quickly enough to this change, so that there are large fluctuations in the regulation. Therefore, so far in overflow mode, the trim control is disabled.
Das Dokument
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die auch im Überspülmodus das Kraftstoff-Luftverhältnis innerhalb vorgegebener Schranken halten, so dass der Abgaskatalysator im optimalen Bereich arbeitet.It is the object of the invention to provide a method, a computer program and a control device which, even in the overflow mode, keep the air / fuel ratio within predefined limits so that the exhaust gas catalytic converter operates in the optimum range.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is solved by the features of
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Abgastrakt bereit, der einen Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde an einem Abgaskatalysator-Eingang und eine zweite Abgassonde an einem Abgaskatalysator-Ausgang aufweist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Überspülmodus und einem Normalmodus betreibbar ist. In dem Verfahren wird ein Kraftstoff-Luftverhältnis in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors durch Anpassen einer Einspritzmenge und/oder einer Menge an Ansaugluft und/oder einer Überspüldauer geregelt. In dem Verfahren wird in dem Normalmodus ein Satz von Normalregelparametern verwendet, um das Kraftstoff-Luftverhältnis in der Brennkammer innerhalb vorgegebener Schranken zu halten, und in dem Überspülmodus wird ein Satz von Überspül-Regelparametern verwendet, um das Kraftstoff-Luftverhältnis am Abgaskatalysator-Eingang basierend auf Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde und/oder der zweiten Abgassonde innerhalb vorgegebener Schranken zu halten. Ferner wird in dem Überspülmodus die Überspüldauer basierend auf den Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde und/oder der zweiten Abgassonde geregelt.The invention provides a method of operating an internal combustion engine having an exhaust tract having an exhaust catalyst, a first exhaust gas probe at an exhaust catalyst inlet, and a second exhaust gas probe at an exhaust catalyst outlet, wherein the internal combustion engine is operable in a super-purge mode and a normal mode. In the method, an air-fuel ratio in a combustion chamber of the internal combustion engine is controlled by adjusting an injection amount and / or an amount of intake air and / or an over-purge duration. In the method, in the normal mode, a set of normal control parameters is used to maintain the air-fuel ratio in the combustion chamber within predetermined limits, and in the over-purge mode, a set of over-purge control parameters is used to determine the air-fuel ratio on the engine Exhaust catalyst inlet based on measurements of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe and / or the second exhaust gas probe to keep within predetermined limits. Further, in the over-purge mode, the over-purge duration is controlled based on the measured values of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe and / or the second exhaust gas probe.
Die Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses auch im Überspülmodus mit einem eigenen Satz von Überspül-Regelparametern basierend auf Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde und/oder der zweiten Abgassonde bewirkt, dass Schwankungen der Regelung beim Wechsel von einem zum anderen Betriebsmodus verhindert werden. Ferner ist somit in jedem Betriebsmodus eine genaue und geeignete Regelung möglich, die den unterschiedlichen Zusammensetzungen des Abgases in den unterschiedlichen Betriebsmodi gerecht wird.The control of the air-fuel ratio also in the over-purge mode with its own set of over-purge control parameters based on measured values of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe and / or the second exhaust gas probe, prevents fluctuations of the control when changing from one operating mode to another. Further, therefore, in each mode of operation, accurate and appropriate control is possible that will accommodate the different compositions of the exhaust gas in the different modes of operation.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird auch in dem Überspülmodus das Kraftstoff-Luftverhältnis basierend auf der ersten und der zweiten Abgassonde geregelt. Dadurch ist es möglich, das Kraftstoff-Luftverhältnis genau zu regeln und eine Regellage der ersten Abgassonde durch die zweite Abgassonde zu verbessern.In an expedient embodiment of the method, the fuel-air ratio is also controlled in the over-purge mode based on the first and the second exhaust gas probe. This makes it possible to precisely control the air-fuel ratio and to improve a control position of the first exhaust gas probe by the second exhaust gas probe.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Satz der Überspül-Regelparameter der Sollwert ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis an dem Abgaskatalysator-Eingang ist. Dadurch ist der Abgaskatalysator in der Lage, das Abgas optimal zu reinigen.In an expedient embodiment, it is provided that in the set of over-purge control parameters, the desired value is a stoichiometric air-fuel ratio at the exhaust-gas catalyst inlet. As a result, the catalytic converter is able to optimally clean the exhaust gas.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Überspülmodus ein Messwert des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde für eine PI-Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses verwendet wird, so dass am Abgaskatalysator-Eingang ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis vorliegt. Durch die PI-Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses, basierend auf dem Messwert des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde, wird sowohl eine schnelle Regelung als auch eine stationäre Genauigkeit der Regelung gewährleistet.In an expedient embodiment, provision is made for a measured value of the fuel / air ratio of the first exhaust gas probe to be used in the overflush mode for PI control of the air / fuel ratio, so that a stoichiometric air / fuel ratio is present at the exhaust gas catalyst inlet. By the PI control of the air-fuel ratio, based on the measured value of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe, both a fast control and a stationary accuracy of the control is ensured.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Überspülmodus ein Messwert des Kraftstoff-Luftverhältnisses der zweiten Abgassonde für eine I-Regelung der ersten Abgassonde verwendet wird. Durch diese Regelung wird der Mess- und Regelbereich der ersten Abgassonde in der optimalen Regellage gehalten. Dadurch wird die Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses durch die erste Abgassonde genauer und unterliegt weniger Schwankungen.In an expedient refinement, it is provided that in the over-purge mode, a measured value of the air-fuel ratio of the second exhaust gas probe is used for an I control of the first exhaust gas probe. This regulation keeps the measuring and control range of the first exhaust gas probe in the optimum control position. As a result, the control of the air-fuel ratio by the first exhaust gas probe becomes more accurate and less subject to fluctuation.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Überspülmodus ein Messwert des Kraftstoff-Luftverhältnisses der zweiten Abgassonde für eine P-Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses verwendet wird, so dass am Abgaskatalysator-Eingang ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis vorliegt. Eine solche Regelung bewirkt, dass bei hohen Schwankungen oder bei Fehlmessungen der ersten Abgassonde dennoch eine Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses gegeben ist. Ferner dient diese zweite Regelung zur Kontrolle und zur Korrektur der auf den Messwerten der ersten Abgassonde basierenden Regelung.In an expedient refinement, it is provided that in the overflush mode, a measured value of the fuel / air ratio of the second exhaust gas probe is used for a P control of the air / fuel ratio, so that a stoichiometric air / fuel ratio is present at the exhaust gas catalyst inlet. Such a regulation has the effect that, in the event of high fluctuations or in the case of incorrect measurements of the first exhaust gas probe, regulation of the air-fuel ratio is still provided. Furthermore, this second control serves to control and correct the control based on the measured values of the first exhaust gas probe.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Überspülmodus die Kraftstoff-Einspritzmenge basierend auf den Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten Abgassonde und/oder der zweiten Abgassonde geregelt wird. Da im Überspülmodus das Abgas nicht nur aus dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch aus der Brennkammer besteht, sondern auch aus der Menge an überspülter Luft, ist somit die Möglichkeit gegeben, im Überspülmodus beide Komponenten des Abgases, d.h. Abgas und überspülte Frischluft, zu regeln. Durch die Regelung, basierend auf den Messwerten des Kraftstoff-Luftverhältnisses der ersten und/oder der zweiten Abgassonde, wird eine höhere Genauigkeit erreicht.In an expedient refinement, it is provided that in the overflush mode, the fuel injection quantity is regulated based on the measured values of the air-fuel ratio of the first exhaust gas probe and / or the second exhaust gas probe. Since, in the over-purge mode, the exhaust gas consists not only of the combusted fuel-air mixture from the combustion chamber but also of the amount of over-purged air, there is thus the possibility, in the over-purging mode, of both components of the exhaust gas, i. Exhaust gas and overflowed fresh air to regulate. By the control, based on the measured values of the air-fuel ratio of the first and / or the second exhaust gas probe, a higher accuracy is achieved.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Computerprogrammcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Rechners geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.The present invention further includes a computer program with computer program code stored on a machine-readable medium which can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software sections for carrying out the inventive method when the program is executed on a computer.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Steuervorrichtung mit einer Steuereinheit zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Abgastrakt, der einen Abgaskatalysator, eine erste Abgassonde an einem Abgaskatalysator-Eingang und eine zweite Abgassonde an einem Abgaskatalysator-Ausgang aufweist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Überspülmodus und einem Normalmodus betreibbar ist. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Kraftstoff-Luftverhältnis in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors durch Anpassen einer Einspritzmenge und/oder einer Menge an Ansaugluft und/oder einer Überspüldauer zu regeln; in dem Normalmodus einen Satz von Normal-Regelparametern zu verwenden, um das Kraftstoff-Luftverhältnis in der Brennkammer innerhalb vorgegebener Schranken zu halten; und in dem Überspülmodus einen Satz von Überspül-Regelparametern zu verwenden, um das Kraftstoff-Luftverhältnis am Abgaskatalysator-Eingang innerhalb vorgegebener Schranken zu halten.The invention further comprises a control device having a control unit for operating an internal combustion engine with an exhaust gas tract, which has an exhaust gas catalyst, a first exhaust gas probe at an exhaust gas catalyst inlet and a second exhaust gas probe at an exhaust gas catalyst outlet, wherein the internal combustion engine can be operated in an overflushing mode and a normal mode is. The control device is configured to regulate an air-fuel ratio in a combustion chamber of the internal combustion engine by adjusting an injection quantity and / or an amount of intake air and / or an overflush duration; in the normal mode, using a set of normal control parameters to maintain the air-fuel ratio in the combustion chamber within predetermined limits; and in the over-purge mode, using a set of over-purge control parameters to maintain the air-fuel ratio at the exhaust catalyst inlet within predetermined limits.
Die Steuervorrichtung umfasst ferner weitere Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The control device further comprises further means for carrying out the method according to the invention.
Dadurch stellt die Erfindung die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Mittel bereit.As a result, the invention provides the means required for carrying out the method according to the invention.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, auch im Überspülmodus Messwerte der ersten und/oder der zweiten Abgassonde zur Regelung des Kraftstoff-Luftverhältnisses zu verwenden, um dieses Verhältnis genau und dem jeweiligen Betriebsmodus angepasst zu regeln. Durch das Verwenden getrennter Regelsätze für jeden der Betriebsmodi werden ferner übermäßige Schwingungen der Regelung beim Wechsel zwischen den Betriebsmodi verhindert.The present method makes it possible to use measured values of the first and / or the second exhaust probe for regulating the air / fuel ratio even in the overflush mode, in order to precisely regulate this ratio and adapted to the respective operating mode. Furthermore, by using separate rule sets for each of the modes of operation, excessive vibration of the control when changing between the modes of operation is prevented.
Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau eines Motors mit einem Abgaskatalysator, die die verschiedenen Regelkreise des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.The figure shows a schematic structure of an engine with an exhaust gas catalyst, which illustrates the various control circuits of the method according to the invention.
Die Figur zeigt einen Motor
In einem Normalmodus des Motors
Zur optimalen Umwandlung des Abgases durch den Abgaskatalysator
Die erste Abgassonde
Im Normalmodus wird ferner die zweite Abgassonde
Im Normalmodus des Motors
Dadurch wird das Kraftstoff-Luftverhältnis λ so geregelt, dass der Abgaskatalysator
In einem Überspülmodus des Motors
In dem Satz der Überspül-Regelparameter ist ein Sollwert durch λ = 1 am Abgaskatalysator-Eingang
Ähnlich dem Normalmodus wird im Überspülmodus der Messwert der ersten Abgassonde
Die Verwendung getrennter Regelparametersätze für die verschiedenen Betriebsmodi verhindert eine Schwankung des erlernten I-Anteils der jeweiligen Regelungen beim Wechsel zwischen den verschiedenen Betriebsmodi, weil in jedem Modus eigene Parameter verwendet werden. Dadurch wird man der Tatsache gerecht, dass im Überspülmodus, anders als im Normalmodus, im Abgas zusätzlich ein Teil Frischluft enthalten ist. Durch das Einstellen eines fetten Gemisches in den Brennkammern des Motors
Somit ermöglicht das Verfahren auch im Überspülmodus das Einstellen eines optimalen Kraftstoff-Luftverhältnisses für die Dreiwegekatalysator-Konvertierung anhand von Messwerten. Dadurch ist es einem Verbrennungsmotor nun möglich, einen Überspülmodus zu nutzen, ohne dass es zu einer Verschlechterung der Abgaswerte kommt. Das Verwenden eigener Regelparametersätze für jeden der Betriebsmodi bewirkt zusätzlich, dass es beim Wechsel von einem zum anderen Betriebsmodus nicht zu übermäßigen Schwankungen in der Regelung kommt, insbesondere in jenen Regelungen, die einen I-Anteil aufweisen.Thus, even in the over-purge mode, the method enables setting of an optimal air-fuel ratio for three-way catalyst conversion based on measurements. As a result, it is now possible for an internal combustion engine to use an overflushing mode without the exhaust gas values deteriorating. The use of separate control parameter sets for each of the operating modes additionally has the effect that there is no excessive fluctuation in the control when changing from one operating mode to another, in particular in those controls which have an I component.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Motorengine
- 22
- Abgaskatalysatorcatalytic converter
- 33
- Abgassondegas probe
- 44
- Abgassondegas probe
- 55
- Abgaskatalysator-EingangCatalytic converter input
- 66
- Abgaskatalysator-AusgangCatalytic converter output
- 77
- PI-RegelungPI control
- 88th
- I-RegelungI control
- 99
- P-RegelungP control
Claims (10)
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