DE102016218818B4 - Secondary air-dependent lambda control - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftpumpe (33), einem Abgassystem (30) und einer Lambdaregeleinheit (5) zum Regeln eines Brennraumlambdas mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine, bei dem eine mittels der Sekundärluftpumpe (33) in das Abgassystem (30) der Brennkraftmaschine eingebrachte Sekundärluftmenge ermittelt und an die Lambdaregeleinheit (5) übertragen wird, und bei dem das Brennraumlambda durch die Lambdaregeleinheit (5) in Abhängigkeit der ermittelten Sekundärluftmenge derart eingestellt wird, dass sich in dem Abgassystem (30) ein vorgegebenes Abgaslambda einstellt, und bei dem eine Regelstrecke eines zum Regeln der Lambdaregeleinheit (5) verwendeten Regelkreises mittels eines mathematischen Modells (11, 13) eines zeitlichen Streckenverhaltens des Abgassystems (30) und/oder der Brennkraftmaschine simuliert wird.Method for controlling an internal combustion engine with a secondary air pump (33), an exhaust system (30) and a lambda control unit (5) for controlling a combustion chamber lambda of at least one cylinder of the internal combustion engine, in which a secondary air pump (33) in the exhaust system (30) of the internal combustion engine introduced secondary air quantity is determined and transmitted to the lambda control unit (5), and in which the combustion chamber lambda is adjusted by the lambda control unit (5) depending on the determined secondary air quantity in such a way that a specified exhaust gas lambda is set in the exhaust system (30), and in which a Control system of a control circuit used to control the lambda control unit (5) is simulated by means of a mathematical model (11, 13) of a system behavior over time of the exhaust system (30) and/or the internal combustion engine.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine and an internal combustion engine.
Zum Aufheizen eines Abgassystems, insbesondere in Kombination mit einem beschichteten Partikelfilter, d. h. einem 4-Wege-Katalysator, kann es erforderlich sein, Sekundärluft in das Abgassystem einzublasen. Dabei ist eine das Abgassystem mit Abgas versorgende Brennkraftmaschine mit einem Brennraumgemisch zu betreiben, das einen hohen Kraftstoffanteil aufweist, d. h. mit einem Brennraumgemisch, das besonders fett ist. Das fette Brennraumgemisch kann in dem Abgassystem mit einer jeweiligen eingeblasenen Sekundärluftmenge in einer exothermen Reaktion reagieren und das Abgassystem, insbesondere den 4-Wege-Katalysator, entsprechend aufheizen, so dass bspw. der 4-Wege-Katalysator regeneriert wird und Ruß, der sich in dem 4-Wege-Katalysator angesammelt hat, verbrannt wird.For heating up an exhaust system, especially in combination with a coated particle filter, i. H. a 4-way catalytic converter, it may be necessary to inject secondary air into the exhaust system. In this case, an internal combustion engine supplying the exhaust system with exhaust gas is to be operated with a combustion chamber mixture that has a high proportion of fuel, i. H. with a combustion chamber mixture that is particularly rich. The rich combustion chamber mixture can react in an exothermic reaction in the exhaust system with a respective injected quantity of secondary air and heat the exhaust system, in particular the 4-way catalytic converter, accordingly, so that, for example, the 4-way catalytic converter is regenerated and soot that accumulates in accumulated on the 4-way catalyst is burned.
Um eine Entstehung von Emissionen während einer Phase, in der ein Abgassystem aufgeheizt wird, zu minimieren, ist es erforderlich, dass in dem Abgassystem stöchiometrische Verhältnisse vorliegen, d. h. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Lambdawert λ=1 vorliegt.In order to minimize the generation of emissions during a phase in which an exhaust system is being heated, it is necessary for the exhaust system to be in stoichiometric proportions, i.e. H. a fuel-air mixture with a lambda value λ=1 is present.
In der deutschen Druckschrift
Eine Vorrichtung zur Steuerung einer aufgeladenen Otto-Brennkraftmaschine mit zwei Drosselorganen, wobei ein Drosselorgan in einer zu einem Lader führenden Ansaugleitung angeordnet ist, ist in der deutschen Druckschrift
Die deutsche Druckschrift
Aus der deutschen Druckschrift
Die deutsche Druckschrift
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem möglichst geringen Schadstoffausstoß ermöglicht.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method for controlling an internal combustion engine that enables the internal combustion engine to be operated with the lowest possible pollutant emissions.
Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftpumpe, einem Abgassystem und einer Lambdaregeleinheit zum Regeln eines Brennraumlambdas mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine vorgestellt, bei dem eine mittels der Sekundärluftpumpe in das Abgassystem der Brennkraftmaschine eingebrachte Sekundärluftmenge ermittelt und an die Lambdaregeleinheit übertragen wird, und bei dem das Brennraumlambda durch die Lambdaregeleinheit in Abhängigkeit der ermittelten Sekundärluftmenge derart eingestellt wird, dass sich in dem Abgassystem ein vorgegebenes Abgaslambda einstellt und bei dem eine Regelstrecke eines zum Regeln der Lambdaregeleinheit verwendeten Regelkreises mittels eines mathematischen Modells eines zeitlichen Streckenverhaltens des Abgassystems und/oder der Brennkraftmaschine simuliert wird.To solve the above-mentioned task, a method for controlling an internal combustion engine with a secondary air pump, an exhaust system and a lambda control unit for controlling a combustion chamber lambda of at least one cylinder of the internal combustion engine is presented, in which a quantity of secondary air introduced into the exhaust system of the internal combustion engine by means of the secondary air pump is determined and sent to the lambda control unit is transmitted, and in which the combustion chamber lambda is adjusted by the lambda control unit as a function of the determined secondary air quantity in such a way that a specified exhaust gas lambda is set in the exhaust gas system and in which a control system of a control circuit used to control the lambda control unit is calculated using a mathematical model of a time system behavior of the Exhaust system and / or the internal combustion engine is simulated.
Ausgestaltungen der vorgestellten Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.Refinements of the presented invention emerge from the description and the dependent claims.
Unter einem Brennraumlambda ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein in mindestens einem Zylinder einer Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsvorgang einzustellendes Massenverhältnis aus Luft und Kraftstoff zu verstehen.In the context of the present invention, a combustion chamber lambda is a mass ratio of air and fuel to be set in at least one cylinder of an internal combustion engine for a combustion process.
Unter einem Abgaslambda ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein in einem Abgassystem, insbesondere in einem Katalysator, einer Brennkraftmaschine einzustellendes Massenverhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zu verstehen.In the context of the present invention, an exhaust gas lambda is to be understood as meaning a mass ratio of an air-fuel mixture to be set in an exhaust system, in particular in a catalytic converter, of an internal combustion engine.
Unter einem fetten Gemisch ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu verstehen, das einen besonders hohen Kraftstoffanteil aufweist und einen entsprechend niedrigen Lambdawert bedingt.In the context of the present invention, a rich mixture is understood to be a mixture of air and fuel that has a particularly high proportion of fuel and causes a correspondingly low lambda value.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Einstellen von stöchiometrischen Verhältnissen, d. h. einem Abgaslambdawert von λ=1 in einem Katalysator einer Brennkraftmaschine, so dass bei in dem Katalysator ablaufenden Verbrennungsprozessen minimale Emissionen erzeugt werden. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Menge an in ein Abgassystem eingeblasener Sekundärluft bestimmt, d. h. bspw. mittels eines Luftmassenmessers gemessen wird. Auf Grundlage der bekannten Sekundärluftmenge wird eine in die Brennkraftmaschine einzudosierende Kraftstoffmenge derart geregelt, dass die Brennkraftmaschine ein Abgas erzeugt, das einen Kraftstoffanteil aufweist, der zusammen mit der bekannten Sekundärluftmenge dazu führt, dass sich in dem Abgassystem stöchiometrische Verhältnisse einstellen, d. h. ein Abgaslambda von λ=1 eingestellt, und eine Erzeugung von Emissionen in dem Abgassystem minimiert wird.The method presented is used in particular for setting stoichiometric ratios, i. H. an exhaust gas lambda value of λ=1 in a catalytic converter of an internal combustion engine, so that minimal emissions are generated during combustion processes taking place in the catalytic converter. For this purpose it is provided according to the invention that a quantity of secondary air blown into an exhaust system is determined, i. H. is measured, for example, by means of an air mass meter. On the basis of the known quantity of secondary air, a quantity of fuel to be metered into the internal combustion engine is regulated in such a way that the internal combustion engine generates an exhaust gas which has a proportion of fuel which, together with the known quantity of secondary air, results in stoichiometric conditions being established in the exhaust system, i. H. an exhaust lambda of λ=1 is set, and generation of emissions in the exhaust system is minimized.
Insbesondere ist gemäß dem vorgestellten Verfahren vorgesehen, dass zum Einstellen des Brennraumlambdas eine in Abhängigkeit einer durch eine Sekundärluftpumpe in ein Abgassystem eingeblasenen Sekundärluftmenge ermittelte Störgröße an eine Lambdaregeleinheit übermittelt wird. Dies bedeutet, dass die Lambdaregeleinheit eine Störgröße übermittelt bekommt, die in Abhängigkeit der Sekundärluftmenge bestimmt wird. Durch eine in Abhängigkeit der eingeblasenen Sekundärluftmenge bestimmte Störgröße kann eine sehr schnelle Regelung des Brennraumlambdas, d. h. ein sehr schnelles Eindosieren von Kraftstoff mittels der Lambdaregeleinheit erfolgen, da die Lambdaregeleinheit die Sekundärluftmenge direkt bei einer Berechnung des einzudosierenden Kraftstoffs berücksichtigen kann, und zeitaufwendige Zwischenschritte zum Ermitteln eines sekundärluftmengenabhängigen Kraftstoffanteils vermieden werden.In particular, according to the method presented, it is provided that, in order to adjust the combustion chamber lambda, a disturbance variable determined as a function of a quantity of secondary air blown into an exhaust system by a secondary air pump is transmitted to a lambda control unit. This means that the lambda control unit receives a disturbance variable that is determined as a function of the secondary air quantity. A disturbance variable determined as a function of the secondary air quantity blown in allows very fast control of the combustion chamber lambda, i. H. fuel can be metered in very quickly by means of the lambda control unit, since the lambda control unit can take into account the quantity of secondary air directly when calculating the fuel to be metered in, and time-consuming intermediate steps for determining a fuel proportion dependent on the quantity of secondary air are avoided.
Um eine in ein jeweiliges Abgassystem eingeblasene Menge an Sekundärluft, d. h. eine jeweilige eingeblasene Sekundärluftmenge zu bestimmen, kann die Sekundärluftmenge bspw. mittels eines Sensors, wie bspw. einem Luftmassensensor oder jedem weiteren technisch geeigneten Sensor erfasst werden. Alternativ kann die Sekundärluftmenge anhand eines mathematischen Modells eines Strömungsverlaufs von Sekundärluft durch eine Sekundärluftleitung berechnet werden. Insbesondere kann eine jeweilige in das Abgassystem eingeblasene Sekundärluftmenge über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg erfasst bzw. berechnet werden.In order to increase the quantity of secondary air blown into a respective exhaust system, i. H. To determine a respective injected secondary air quantity, the secondary air quantity can be detected, for example, by means of a sensor, such as an air mass sensor or any other technically suitable sensor. Alternatively, the quantity of secondary air can be calculated using a mathematical model of a flow pattern of secondary air through a secondary air line. In particular, a respective quantity of secondary air blown into the exhaust system can be recorded or calculated over a predetermined period of time.
Es ist denkbar, dass ein Zeitfenster, in dem die Sekundärluftmenge und das entsprechende Brennraumlambda ermittelt werden, von wenigen Millisekunden bis zu einigen Sekunden andauern kann.It is conceivable that a time window in which the secondary air quantity and the corresponding combustion chamber lambda are determined can last from a few milliseconds to a few seconds.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass anhand der ermittelten Sekundärluftmenge, insbesondere in Verbindung mit einem aktuellen Brennraumlambda, ein Sollwert für das Brennraumlambda des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt und an der Lambdaregeleinheit eingestellt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Sollwert derart gewählt wird, dass sich in einem jeweiligen Abgassystem stöchiometrische Verhältnisse zwischen einer in das Abgassystem eingebrachten Sekundärluftmenge und in das Abgassystem eingebrachtem Kraftstoff einstellen.In one possible embodiment of the method presented, it is provided that a target value for the combustion chamber lambda of the at least one cylinder of the internal combustion engine is determined on the basis of the secondary air quantity determined, in particular in conjunction with a current combustion chamber lambda, and is set on the lambda control unit. It is provided in particular that the desired value is selected in such a way that stoichiometric ratios are established in a respective exhaust system between a quantity of secondary air introduced into the exhaust system and fuel introduced into the exhaust system.
Um eine zum Erzeugen von stöchiometrischen Verhältnissen mit einer jeweiligen in ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine eingeblasenen Sekundärluftmenge benötigte Kraftstoffmenge bereitzustellen, eignet sich insbesondere eine Lambdaregeleinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Kraftstoffversorgungseinheit, wie bspw. eine Kraftstoffpumpe zu regeln, um ein vorgegebenes Brennraumlambda, das bspw. in Abhängigkeit der Sekundärluftmenge vorgegeben wird, an der Brennkraftmaschine einzustellen. Dies bedeutet, dass mittels der Lambdaregeleinheit eine Kraftstoffmenge ermittelt wird, die dazu geeignet ist, ein Abgas zu erzeugen, das dazu führt, dass sich zusammen mit einer vorgegebenen Sekundärluftmenge in dem Abgassystem einer jeweiligen Brennkraftmaschine stöchiometrische Verhältnisse zwischen der Sekundärluftmenge und einer Kraftstoffmenge in dem Abgas einstellen.In order to provide a fuel quantity required for generating stoichiometric ratios with a respective quantity of secondary air blown into an exhaust system of an internal combustion engine, a lambda control unit is particularly suitable which is configured to control a fuel supply unit, such as a fuel pump, in order to achieve a specified combustion chamber lambda, which is e.g Is specified as a function of the amount of secondary air to be set on the internal combustion engine. This means that the lambda control unit is used to determine a fuel quantity that is suitable for generating an exhaust gas that, together with a specified secondary air quantity in the exhaust system of a respective internal combustion engine, results in stoichiometric ratios between the secondary air quantity and a fuel quantity in the exhaust gas set.
Das vorgestellte Verfahren sieht insbesondere vor, dass eine Lambdaregeleinheit eine von einer jeweiligen Brennkraftmaschine angesaugte und an einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine beteiligte Luftmenge sowie eine von einer Sekundärluftpumpe in ein Abgassystem der Brennkraftmaschine eingeblasene Sekundärluftmenge bei einer Berechnung einer in die Brennkraftmaschine einzudosierenden Kraftstoffmenge berücksichtigt.The method presented provides in particular that a lambda control unit takes into account an air quantity sucked in by a respective internal combustion engine and involved in combustion in the internal combustion engine, as well as a secondary air quantity blown into an exhaust gas system of the internal combustion engine by a secondary air pump when calculating a fuel quantity to be metered into the internal combustion engine.
Sobald eine jeweilige in ein Abgassystem eingeblasene Sekundärluftmenge bekannt ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, auf Grundlage der Sekundärluftmenge ein Brennraumlambda zu ermitteln, das zu stöchiometrischen Verhältnissen in dem Abgassystem, d. h. zu einem stöchiometrischen Gleichgewicht von einer durch Abgase in das Abgassystem eingebrachten Kraftstoffmenge und einer in dem Abgassystem vorliegenden Luftmenge führt. Dies bedeutet, dass eine in eine jeweilige Brennkraftmaschine einzubringende Kraftstoffmenge berechnet wird, die benötigt wird, um ein Abgas zu erzeugen, das exakt die Menge an Kraftstoff aufweist, die zum Erzeugen von stöchiometrischen Verhältnissen mit der von der Sekundärluftpumpe eingeblasenen, d. h. in das Abgassystem eingebrachten, Sekundärluftmenge und einer von einer jeweiligen Brennkraftmaschine angesaugten und an einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine beteiligten Luftmenge notwendig ist.As soon as a respective quantity of secondary air blown into an exhaust system is known, it is provided according to the invention on the basis of Secondary air quantity to determine a combustion chamber lambda, which leads to stoichiometric conditions in the exhaust system, ie to a stoichiometric equilibrium of a quantity of fuel introduced into the exhaust system by exhaust gases and a quantity of air present in the exhaust system. This means that an amount of fuel to be introduced into a respective internal combustion engine is calculated, which is required to generate an exhaust gas that has exactly the amount of fuel required to generate stoichiometric ratios with the fuel blown in by the secondary air pump, ie introduced into the exhaust system , Amount of secondary air and an amount of air sucked in by a respective internal combustion engine and involved in combustion in the internal combustion engine is necessary.
Um ausgehend von einem Brennraumlambda, das dazu führt, dass sich stöchiometrische Verhältnisse in einem jeweiligen Abgassystem einstellen, eine entsprechende Kraftstoffmenge in eine Brennkraftmaschine einzudosieren, ist vorgesehen, eine Lambdaregeleinheit zu verwenden. Dabei kann der Lambdaregeleinheit bspw. ein korrigierter Ist-Wert eines Brennraumlambdas bereitgestellt werden, der dazu führt, dass die Lambdaregeleinheit, die dazu konfiguriert ist, stets ein aktuelles Brennraumlambda von λ=1 an der Brennkraftmaschine einzustellen, der Brennkraftmaschine derart viel Kraftstoff zuführt, dass sich an der Brennkraftmaschine das Brennraumlambda einstellt, das dazu führt, dass sich stöchiometrische Verhältnisse in dem Abgassystem, d. h. in einem Abgastrakt und insbesondere auch in einer Sekundärluftleitung einstellen. Dies bedeutet, dass mittels eines korrigierten Ist-Werts eines aktuell gemessenen Brennraumlambdas ein Brennraumlambda erzeugt wird, das bspw. von einem idealen Lambdawert von λ=1 abweicht und ein gegenüber einem Betrieb mit Kraftstoff mit einem Brennraumlambda von λ=1 erhöhter Kraftstoffeintrag in das Abgassystem erfolgt.In order to meter a corresponding amount of fuel into an internal combustion engine, based on a combustion chamber lambda that results in stoichiometric conditions being established in a respective exhaust gas system, provision is made for using a lambda control unit. The lambda control unit can, for example, be provided with a corrected actual value of a combustion chamber lambda, which means that the lambda control unit, which is configured to always set a current combustion chamber lambda of λ=1 on the internal combustion engine, supplies the internal combustion engine with so much fuel that the combustion chamber lambda occurs on the internal combustion engine, which leads to stoichiometric conditions in the exhaust system, d. H. set in an exhaust tract and especially in a secondary air line. This means that by means of a corrected actual value of a currently measured combustion chamber lambda, a combustion chamber lambda is generated that deviates, for example, from an ideal lambda value of λ=1 and, compared to operation with fuel with a combustion chamber lambda of λ=1, the fuel input into the exhaust system is increased he follows.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Ist-Wert des Brennraumlambdas des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung eines Verhältnisses der ermittelten Sekundärluftmenge und einer ermittelten Brennraumluftmenge des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine ermittelt wird.In a further possible embodiment of the method presented, it is provided that an actual value of the combustion chamber lambda of the at least one cylinder of the internal combustion engine is determined taking into account a ratio of the determined secondary air quantity and a determined combustion chamber air quantity of the at least one cylinder of the internal combustion engine.
Um eine Lambdaregeleinheit zum Einstellen eines Brennraumlambdas zu verwenden, das dazu geeignet ist, stöchiometrische Verhältnisse in einem jeweiligen Abgassystem einzustellen, kann vorgesehen, sein, dass ein Ist-Wert eines Brennraumlambdas und/oder ein Ist-Wert einer von einer jeweiligen Brennkraftmaschine angesaugten und zur Verbrennung bereitgestellten Brennraumluftmenge, der bzw. die der Lambdaregeleinheit zum Berechnen einer in die Brennkraftmaschine einzudosierenden Kraftstoffmenge gemeldet wird, mit einem Berechnungsfaktor abgeändert wird, der in Abhängigkeit eines Verhältnisses von einer in dem Abgassystem vorliegenden Luftmenge, insbesondere einer aktuell ermittelten Sekundärluftmenge, bestimmt wird. Entsprechend kann eine Lambdaregelung, die dazu konfiguriert ist, eine Brennkraftmaschine derart zu regeln, dass diese mit einem Brennraumlambda von λ=1 betrieben wird, dazu verwendet werden, ein Brennraumlambda einzustellen, dass real bspw. kleiner A=1 ist, wodurch ein vermehrter Eintrag von Kraftstoff in das Abgassystem erfolgt.In order to use a lambda control unit for setting a combustion chamber lambda that is suitable for setting stoichiometric ratios in a respective exhaust system, it can be provided that an actual value of a combustion chamber lambda and/or an actual value of a The amount of air in the combustion chamber provided for combustion, which is reported to the lambda control unit for calculating an amount of fuel to be metered into the internal combustion engine, is modified with a calculation factor which is determined as a function of a ratio of an amount of air present in the exhaust system, in particular a currently determined amount of secondary air. Accordingly, a lambda control that is configured to control an internal combustion engine in such a way that it is operated with a combustion chamber lambda of λ=1 can be used to set a combustion chamber lambda that is, for example, smaller in real terms A=1, resulting in an increased entry of fuel into the exhaust system.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sekundärluftmenge mittels einer geregelten Sekundärluftpumpe in das Abgassystem eingebracht wird.In a further possible embodiment of the method presented, it is provided that the secondary air quantity is introduced into the exhaust system by means of a regulated secondary air pump.
Durch Verwendung einer geregelten Sekundärluftpumpe kann eine exakt bemessene Sekundärluftmenge in ein Abgassystem eingebracht werden, so dass ein jeweiliger in bspw. einem vorgegebenen Zeitraum ermittelter Wert der Sekundärluftmenge nicht durch nachträgliche Zufuhr weiterer Sekundärluft verfälscht wird. Entsprechend ermöglicht eine geregelte Sekundärluftpumpe eine exakte Erzeugung von stöchiometrischen Verhältnissen in dem Abgassystem und führt zu entsprechend minimalen Emissionen durch in dem Abgassystem ablaufenden Verbrennungsprozessen.By using a regulated secondary air pump, a precisely measured quantity of secondary air can be introduced into an exhaust system, so that a respective value of the quantity of secondary air determined, for example, in a predetermined period of time is not falsified by the subsequent supply of further secondary air. Accordingly, a controlled secondary air pump enables exact generation of stoichiometric ratios in the exhaust system and leads to correspondingly minimal emissions from the combustion processes taking place in the exhaust system.
Die Regelung der Sekundärluftpumpe hat die Aufgabe einen Sekundärluftmassenstrom bereitzustellen, der typischerweise 10 % eines Brennraumluftmassenstromes beträgt. Der Sekundärluftmassenstrom kann aber auch 5-25 % des Brennraumluftmassenstroms betragen.The purpose of regulating the secondary air pump is to provide a secondary air mass flow that is typically 10% of a combustion chamber air mass flow. However, the secondary air mass flow can also be 5-25% of the combustion chamber air mass flow.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das vorgegebene Abgaslambda derart gewählt wird, dass in dem Abgassystem stöchiometrische Verhältnisse zwischen in das Abgassystem eingebrachter Luft und zwischen in das Abgassystem eingebrachtem Kraftstoff vorliegen.In another possible embodiment of the method presented, it is provided that the specified exhaust gas lambda is selected such that the exhaust system has stoichiometric ratios between the air introduced into the exhaust system and the fuel introduced into the exhaust system.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Abgaslambda wird vorteilhafterweise derart gewählt, dass in einem entsprechenden Abgassystem stöchiometrische Verhältnisse vorliegen, d. h. ein Abgaslambdawert von λ=1 eingestellt wird und ein aufgrund eines Heizvorgangs bzw. eines „Ausräumens“ eines Katalysators des Abgassystems bedingter Emissionsausstoß minimiert wird.The exhaust gas lambda provided according to the invention is advantageously selected in such a way that stoichiometric conditions are present in a corresponding exhaust system, i. H. an exhaust gas lambda value of λ=1 is set and emissions caused by a heating process or "clearing out" of a catalytic converter in the exhaust system are minimized.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mittels des vorgestellten Verfahrens ein Abgaslambdawert ungleich λ=1 eingestellt wird, um bspw. auf Verbrennungsprozesse in weiteren Abgassystemen einzuwirken.Of course, it is also conceivable that by means of the method presented, an exhaust gas lamb dawert is not set equal to λ=1, for example to affect combustion processes in other exhaust systems.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Regelstrecke eines zum Regeln der Lambdaregeleinheit verwendeten Regelkreises mittels eines mathematischen Modells eines zeitlichen Streckenverhaltens des Abgassystems und/oder der Brennkraftmaschine simuliert wird.According to the invention, it is provided that a controlled system of a control circuit used to control the lambda control unit is simulated by means of a mathematical model of a system behavior over time of the exhaust system and/or the internal combustion engine.
Um eine jeweilige Lambdaregeleinheit derart zu regeln, dass diese einen Kraftstoffeintrag in eine entsprechende Brennkraftmaschine bedingt, der dazu geeignet ist, ein Abgas zu erzeugen, mittels dessen stöchiometrische Verhältnisse in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine erzeugt werden, kann die Lambdaregeleinheit auf Grundlage eines Modells eines zeitlichen Streckenverhaltens, d. h. insbesondere von Gaslaufzeiten und/oder Latenzen bei einer Signalübertragung durch gealterte Lambdasonden, der Brennkraftmaschine und/oder des Abgassystems geregelt werden. Insbesondere eignet sich ein mathematisches Modell zum Berechnen einer Prognose, d. h. eines in Zukunft zu erwartenden Verhaltens des Abgaslambdas, so dass je nachdem, ob gemäß dem mathematischen Modell ein Anstieg oder ein Abfall des Abgaslambdas zu erwarten ist, mittels der Lambdaregeleinheit eine entsprechende Kraftstoffmenge eingestellt werden kann, wodurch sich das Abgaslambda bspw. einem Lambdawert von λ=1 nähert.In order to regulate a respective lambda control unit in such a way that it causes a fuel input into a corresponding internal combustion engine, which is suitable for generating an exhaust gas, by means of which stoichiometric ratios are generated in an exhaust gas system of the internal combustion engine, the lambda control unit can be based on a model of a time-dependent path behavior , i.e. H. be regulated in particular by gas propagation times and/or latencies in signal transmission through aged lambda probes, the internal combustion engine and/or the exhaust gas system. In particular, a mathematical model is suitable for calculating a prognosis, i. H. a behavior of the exhaust gas lambda to be expected in the future, so that depending on whether an increase or a decrease in the exhaust gas lambda is to be expected according to the mathematical model, a corresponding amount of fuel can be set using the lambda control unit, whereby the exhaust gas lambda, for example, has a lambda value of λ =1 approaches.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das mathematische Modell mit mindestens einem mittels mindestens eines an der Brennkraftmaschine und/oder dem Abgassystem angeordneten Sensors erfassten Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des Abgassystems versorgt wird, wobei das mathematische Modell zur Berechnung eines aktuellen Lambdawerts an einer Einbauposition des Sensors verwendet wird.In a further possible embodiment of the method presented, it is provided that the mathematical model is supplied with at least one operating parameter of the internal combustion engine and/or the exhaust system, which is detected by means of at least one sensor arranged on the internal combustion engine and/or the exhaust system, with the mathematical model being used to calculate a current lambda value at an installation position of the sensor is used.
Um ein Streckenverhalten der Regelstrecke zu beurteilen, kann bspw. eine Latenz eines Sensors zum Erfassen eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des Abgassystems, wie bspw. einer Lambdasonde erfasst werden.In order to assess a system behavior of the controlled system, for example a latency of a sensor for detecting an operating parameter of the internal combustion engine and/or of the exhaust system, such as a lambda probe, for example, can be detected.
Durch ein Streckenmodell eines Streckenverhaltens einer Regelstrecke, d. h. bspw. von Gaslaufzeiten von in einer jeweiligen Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas bis zu einem Einleitpunkt einer Sekundärluftleitung, kann ein Regelkreis, der auf einer großen Totlaufzeit, d. h. auf langen Gaslaufzeiten basiert, einen höhere Stabilität erreichen als es durch eine messungsbasierte Regelung möglich wäre.Through a system model of a system behavior of a controlled system, i. H. For example, from gas running times of exhaust gas generated in a respective internal combustion engine up to an introduction point of a secondary air line, a control circuit based on a large dead time, d. H. based on long gas transit times, can achieve greater stability than would be possible with measurement-based control.
Gemäß dem vorgestellten Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass eine Sekundärluftmenge vor einem Partikelfilter eines jeweiligen Abgassystems in das Abgassystem eingeleitet wird, und an der Position, an der die Sekundärluftmenge eingeleitet wird, eine stöchiometrische Abgaszusammensetzung eingeregelt wird. Zum Einregeln der stöchiometrischen Abgaszusammensetzung kann ein totzeitbehaftetes Streckenverhalten einer Gaslaufzeit mittels eines mathematischen Modells nachgebildet werden, um bspw. Alterungsprozesse von Abgassensoren bei einer entsprechenden Regelung zu berücksichtigen. Dabei ergibt sich eine Regeldifferenz, die mittels einer jeweiligen Lambdaregeleinheit auszugleichen ist, aus einer Differenz einer tatsächlich totzeitbehafteten Messgröße und einer gemäß dem mathematischen Modell erwarteten Modellgröße.According to the method presented, it is provided in particular that a quantity of secondary air is introduced into the exhaust system upstream of a particle filter of a respective exhaust system, and a stoichiometric exhaust gas composition is regulated at the position at which the quantity of secondary air is introduced. In order to regulate the stoichiometric exhaust gas composition, a path behavior of a gas transit time with dead time can be simulated by means of a mathematical model in order, for example, to take into account aging processes of exhaust gas sensors in a corresponding regulation. A control difference, which is to be compensated for by means of a respective lambda control unit, results from a difference between a measured variable that is actually subject to dead time and a model variable that is expected according to the mathematical model.
Selbstverständlich eignen sich entsprechende Sensoren auch zum Ermitteln von Eingangssignalen, auf deren Grundlage ein mathematisches Modell einer Regelstrecke eines zur Regelung einer Lambdaregeleinheit verwendeten Regelkreises berechnet werden kann. Mittels eines derartigen mathematischen Modells kann bspw. ein in der Zukunft zu erwartendes Verhalten von durch die Sensoren ermittelten Betriebsparametern prognostiziert werden. Um einen Einfluss von Messfehlern zu minimieren, können durch einen jeweiligen Sensor ermittelte Messwerte und/oder mittels eines mathematischen Modells berechnete Werte bspw. eines zukünftigen Abgaslambdas mittels eines Filters, wie bspw. mittels eines Bandpassfilters gefiltert werden.Corresponding sensors are of course also suitable for determining input signals, on the basis of which a mathematical model of a controlled system of a control circuit used to control a lambda control unit can be calculated. Such a mathematical model can be used, for example, to predict the behavior of operating parameters determined by the sensors that is to be expected in the future. In order to minimize the influence of measurement errors, measured values determined by a respective sensor and/or values calculated using a mathematical model, for example of a future exhaust gas lambda, can be filtered using a filter, for example using a bandpass filter.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Sekundärluftleitung zum Einbringen von Sekundärluft durch die Sekundärluftpumpe zwischen einem ersten Abgasnachbehandlungselement und einem zweiten Abgasnachbehandlungselement angeordnet wird und mittels der Sekundärluftpumpe eine Sekundärluftmenge in das zweite Abgasnachbehandlungselement eingebracht wird, wobei die Sekundärluftmenge dazu geeignet ist, eine Kraftstoffkonzentration in dem zweiten Abgasnachbehandlungselement gegenüber einer Kraftstoffkonzentration in dem ersten Abgasnachbehandlungselement zu reduzieren und in dem zweiten Abgasnachbehandlungselement eine vollständige Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu ermöglichen, und bei dem die Kraftstoffkonzentration in dem ersten Abgasnachbehandlungselement derart gewählt wird, dass eine vollständige Reduktion von Stickoxiden stattfindet.In a further possible embodiment of the method presented, it is provided that a secondary air line for introducing secondary air through the secondary air pump is arranged between a first exhaust gas aftertreatment element and a second exhaust gas aftertreatment element and a quantity of secondary air is introduced into the second exhaust gas aftertreatment element by means of the secondary air pump, the secondary air quantity being suitable for this purpose to reduce a fuel concentration in the second exhaust gas aftertreatment element compared to a fuel concentration in the first exhaust gas aftertreatment element and to enable complete oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide in the second exhaust gas aftertreatment element, and in which the fuel concentration in the first exhaust gas aftertreatment element is selected such that a complete reduction of nitrogen oxides takes place.
Durch eine teilweise Erhöhung einer Luftmenge in einem Abgassystem, d. h. einer Abmagerung eines Teils eines Abgassystems, wie bspw. einem in Strömungsrichtung von durch eine Brennkraftmaschine erzeugtem Abgas hintersten Katalysator, der in der Regel ein 4-Wege-Katalysator ist, kann erreicht werden, dass dort ein von einem vor dem hintersten Katalysator unabhängiges Luft-Kraftstoffverhältnis mit bspw. einem geringen Kraftstoffanteil eingestellt wird, mittels dessen einströmende Kohlenwasserstoffe und einströmendes Kohlenmonoxid oxidiert werden können, während in einem vor einer jeweiligen Sekundärlufteinleitung liegenden Katalysator, eine Reduktion von Stickoxiden mit einem Abgas, das einen hohen Kraftstoffanteil aufweist, stattfinden kann. Dies bedeutet, dass durch eine Sekundärluftleitung zwischen zwei Katalysatoren eines Abgassystems ein Katalysator zur Reduktion von Stickoxiden und ein Katalysator zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid genutzt werden kann.By partially increasing an amount of air in an exhaust system, ie leaning part of an exhaust system, such as. A in the flow direction of a combustion engine generated exhaust gas rearmost catalytic converter, which is usually a 4-way catalytic converter, it can be achieved that there is an air-fuel ratio independent of one in front of the rearmost catalytic converter with, for example, a low fuel content is set, by means of which inflowing hydrocarbons and inflowing Carbon monoxide can be oxidized, while in a catalytic converter located in front of a respective secondary air introduction, a reduction of nitrogen oxides with an exhaust gas that has a high proportion of fuel can take place. This means that a catalytic converter for reducing nitrogen oxides and a catalytic converter for oxidizing hydrocarbons and carbon monoxide can be used through a secondary air line between two catalytic converters of an exhaust system.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem, einer zum Einbringen von Sekundärluft in das Abgassystem konfigurierten Sekundärluftpumpe und einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, ein Brennraumlambda mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit einer mittels der Sekundärluftpumpe in das Abgassystem eingebrachten Sekundärluftmenge derart einzustellen, dass sich in dem Abgassystem ein vorgegebenes Abgaslambda einstellt, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, eine Regelstrecke eines zum Regeln der Lambdaregeleinheit zu verwendenden Regelkreises mittels eines mathematischen Modells eines zeitlichen Streckenverhaltens des Abgassystems und/oder der Brennkraftmaschine zu simulieren.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system, a secondary air pump configured to introduce secondary air into the exhaust system, and a control unit, the control unit being configured to generate a combustion chamber lambda of at least one cylinder of the internal combustion engine as a function of a secondary air quantity introduced into the exhaust system by means of the secondary air pump set in such a way that a specified exhaust gas lambda is set in the exhaust system, and wherein the control unit is also configured to simulate a controlled system of a control circuit to be used for controlling the lambda control unit by means of a mathematical model of a time-related system behavior of the exhaust system and/or the internal combustion engine.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Betrieb der vorgestellten Brennkraftmaschine.The presented method serves in particular to operate the presented internal combustion engine.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass die Sekundärluftpumpe dazu konfiguriert ist, eine in das Abgassystem einzubringende Sekundärluftmenge gleichmäßig über einen gesamten Querschnitt mindestens einer an dem Abgassystem angeordneten Lambdasonde hinweg in das Abgassystem einzudosieren.In a possible embodiment of the presented internal combustion engine, it is provided that the secondary air pump is configured to meter a quantity of secondary air to be introduced into the exhaust system uniformly over an entire cross section of at least one lambda probe arranged on the exhaust system.
Durch eine gleichmäßige Anströmung einer Lambdasonde können Messfehler aufgrund eines Konzentrationsgefälles von in ein die Lambdasonde anströmendes Abgas eingebrachter Luft verhindert werden.A uniform flow onto a lambda probe makes it possible to prevent measurement errors due to a concentration gradient of air introduced into an exhaust gas flowing onto the lambda probe.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass eine Sekundärluftleitung zum Einbringen von Sekundärluft in das Abgassystem zwischen einem ersten Abgasnachbehandlungssystem und einem zweiten Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu konfiguriert ist, mittels der Sekundärluft in dem zweiten Abgasnachbehandlungssystem eine gegenüber einer in dem ersten Abgasnachbehandlungssystem eingestellten Kraftstoffkonzentration reduzierte Kraftstoffkonzentration einzustellen und in dem zweiten Abgasnachbehandlungselement eine vollständige Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu ermöglichen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kraftstoffkonzentration in dem ersten Abgasnachbehandlungselement derart bemessen ist, dass eine vollständige Reduktion von Stickoxiden stattfindet.In a further possible embodiment of the presented internal combustion engine, it is provided that a secondary air line for introducing secondary air into the exhaust gas system is arranged between a first exhaust gas aftertreatment system and a second exhaust gas aftertreatment system. It is provided that the control device is configured to use the secondary air in the second exhaust gas aftertreatment system to set a fuel concentration that is reduced compared to a fuel concentration set in the first exhaust gas aftertreatment system and to enable complete oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide in the second exhaust gas aftertreatment element. Furthermore, it is provided that the fuel concentration in the first exhaust gas aftertreatment element is dimensioned in such a way that a complete reduction of nitrogen oxides takes place.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu konfiguriert ist, während einer Aufheizphase zum Aufheizen zumindest eines Teils des Abgassystems, in dem Abgassystem ein Abgaslambda einzustellen, das einem Lambdawert von λ=1 entspricht, und in einer auf die Aufheizphase folgenden Rußbrandphase einen Lambdawert in dem Abgassystem einzustellen, der gegenüber dem Lambdawert von λ=1 erhöht ist.In a further possible configuration of the presented internal combustion engine, it is provided that the control unit is configured to set an exhaust gas lambda in the exhaust system during a heating-up phase for heating up at least part of the exhaust gas system, which corresponds to a lambda value of λ=1, and in a Set a lambda value in the exhaust system following the soot fire phase that is higher than the lambda value of λ=1.
Um einen Rußbrand in einem Partikelfilter auszulösen und den Partikelfilter dadurch „auszuräumen“, ist es erforderlich, dass nach einer Aufheizphase, die gemäß dem vorgestellten Verfahren mittels eines Abgases stattfindet, in dem stöchiometrische Verhältnisse zwischen einem Luftanteil des Abgases und einem Kraftstoffanteil des Abgases vorliegen, eine erhöhte Luftzufuhr in den Partikelfilter stattfindet.In order to trigger a soot fire in a particle filter and thereby "clear out" the particle filter, it is necessary that after a heating phase, which takes place according to the method presented using an exhaust gas in which stoichiometric ratios between an air component of the exhaust gas and a fuel component of the exhaust gas are present, there is an increased air supply to the particle filter.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Übersicht über ein Regelungsverfahren zum Regeln einer Brennkraftmaschine gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. -
3 zeigt eine Übersicht eines Verhaltens verschiedener Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik. -
4 zeigt dieÜbersicht aus 3 gemäß einem weiteren Verfahren, wie es durch den Stand der Technik vorbekannt ist. -
5 zeigt dieÜbersicht aus 3 für eine Brennkraftmaschine, die gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens gesteuert wird.
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1 shows a schematic overview of a control method for controlling an internal combustion engine according to a possible embodiment of the method according to the invention. -
2 shows a schematic representation of a possible embodiment of the internal combustion engine according to the invention. -
3 shows an overview of a behavior of various operating parameters of an internal combustion engine according to the prior art. -
4 shows theoverview 3 according to another method previously known in the art. -
5 shows theoverview 3 for an internal combustion engine that is controlled according to a possible embodiment of the method presented.
In
Durch das Einstellen stöchiometrischer Verhältnisse in dem Abgassystem werden beim Verbrennen von durch die Brennkraftmaschine in das Abgassystem eingebrachtem Kraftstoff erzeugte Emissionen minimiert. Ausgehend von einem Sollwert 3, der in der Regel einem Lambdawert von A =1 entspricht, regelt die Lambdaregeleinheit 5 eine in die Brennkraftmaschine einzudosierende Kraftstoffmenge dahingehend, dass sich in der Brennkraftmaschine, d. h. in jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine, ein Brennraumlambda von λ=1 einstellt.By establishing stoichiometric ratios in the exhaust system, emissions produced when combusting fuel introduced into the exhaust system by the internal combustion engine are minimized. Starting from a
Um das Brennraumlambda zu ändern und bspw. einen erhöhten Sekundärlufteintrag in das Abgassystem durch bspw. eine träge Sekundärluftpumpe möglichst schnell zu kompensieren, ist vorgesehen, dass der Sollwert 3 in einem Additor 25 mit einem aktuellen Lambdawert an einer Lambdasondenposition 21 abgeglichen wird. Der an der Lambdasondenposition 21 aktuelle Lambdawert kann über einen Sensor in dem Abgassystem, wie bspw. eine Lambdasonde oder einen Luftmassenmesser, unter Berücksichtigung von Streckenübertragungsverlusten des Abgassystems, d. h. einer Gaslaufzeit von einer jeweiligen Brennkraftmaschine bis zu der Lambdasondenposition 21, wie durch Blöcke 17 und 19 angedeutet, ermittelt werden. Alternativ kann der aktuelle Lambdawert an der Lambdasondenposition 21 mittels eines mathematischen Modells aus einem durch einen Block 11 dargestellten Berechnungselement und einem durch einen Block 13 dargestellten Filter, mittels dessen ein Streckenübertragungsverhalten des Abgassystems modelliert wird, ermittelt werden. Dabei kann anhand eines Abgleichs von durch einen Sensor ermittelter Werte des aktuellen Lambdawerts an der Lambdasondenposition 21 und durch das mathematische Modell ermittelter Werte des aktuellen Lambdawerts an der Lambdasondenposition 21 in einem Additor 23 eine Beobachterregelung erfolgen.In order to change the combustion chamber lambda and, for example, to compensate for an increased secondary air intake into the exhaust system as quickly as possible, for example by a sluggish secondary air pump, it is provided that
Gemäß dem vorgestellten Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass eine in das Abgassystem eingeblasene Sekundärluftmenge als Störfaktor behandelt und über einen entsprechenden Korrekturwert 9, der in Abhängigkeit der Sekundärluftmenge ermittelt wird, zusammen mit weiteren externen Störfaktoren 7 in einem Additor 27 mit einem aktuell von der Lambdaregeleinheit 5 eingestellten Brennraumlambda, d. h. einem Ist-Wert des Brennraumlambdas, abgeglichen wird.According to the method presented, it is provided in particular that a quantity of secondary air blown into the exhaust system is treated as a disruptive factor and, via a
Durch den Abgleich des aktuellen Lambdawerts an der Lambdasondenposition 21 mit dem Sollwert 3 des Brennraumlambdas in dem Additor 25 kann eine zum Ausgleich einer in das Abgassystem eingebrachten Sekundärluftmenge benötigte Kraftstoffmenge durch die Lambdaregeleinheit 5 in die Brennkraftmaschine eindosiert werden, so dass die Sekundärluftmenge nicht zu erhöhten Emissionen führt.By comparing the current lambda value at the
In
Mittels einer linearen Lambdasonde 39 wird ein Abgaslambda von durch den Abgasstrang 31 geleitetem Gas, d. h. einer Mischung aus Sekundärluft und Abgas, bestimmt. Um eine valide Messung des Abgaslambdas des durch den Abgasstrang 31 geleiteten Gases zu ermöglichen, ist insbesondere vorgesehen, dass die Sekundärluftleitung 35 derart mit dem Abgasstrang 31 verbunden ist, dass eine von der Sekundärluftpumpe 33 eingeblasene Sekundärluftmenge möglichst gleichmäßig über einen Querschnitt der Lambdasonde 39 verteilt in den Abgasstrang 31 einströmt.By means of a
Auf dem Weg durch das Abgassystem 30 passiert das Gas einen 3-Wege-Katalysator 41, eine zweite Lambdasonde 43, die bspw. als binäre Lambdasonde ausgestaltet ist, einen Temperatursensor 45 und einen 4-Wege-Katalysator 47. Nach dem 4-Wege-Katalysator 47 sind ein weiterer Temperatursensor 49 und eine dritte ebenfalls binäre Lambdasonde 51 angeordnet.On the way through the
Optional kann die Sekundärluft auch vor dem 4-Wege-Katalysator 47 bzw. hinter dem 3-Wege-Katalysator 41 in das Abgassystem 30 eingebracht werden. Dann ist die Lambdasonde 43 als Breitbandsonde auszuführen und eine entsprechend längere Gaslaufstrecke bei einer Streckenmodellierung mittels eines mathematischen Modells, wie es in
Nachdem das Abgassystem 30 durch einen entsprechenden Kraftstoffeintrag auf eine zum Ausräumen, d. h. für einen Rußbrand, notwendige Temperatur erhitzt wurde, ist vorgesehen, dass in dem Abgassystem 30 eine magere Gemischzusammensetzung, d. h. ein Abgas mit einem niedrigen Kraftstoffanteil eingeregelt wird, so dass für den Rußbrand erforderlicher Sauerstoff in das Abgassystem eingebracht wird.After the
Die Brennkraftmaschine wird in Abhängigkeit von durch den Luftmassensensor 37 ermittelten Messwerten der Sekundärluftmenge gesteuert, so dass exakt die Menge an Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eindosiert wird, die zu einem Abgas führt, das so viel Kraftstoff umfasst, dass sich stöchiometrische Verhältnisse, d. h. ein Verhältnis zwischen einer in ein Abgassystem eingebrachten Luftmenge, insbesondere einer Sekundärluftmenge und Kraftstoff, das einem Lambdawert von λ=1 entspricht, in dem Abgassystem 30 einstellen.The internal combustion engine is controlled as a function of measured values of the secondary air quantity determined by the
In
Der Verlauf 55 des Durchflusses der Sekundärluftmenge folgt im Wesentlichen dem Verlauf 53 des Durchflusses der Brennraumluftmenge. Aufgrund einer beschränkten Dynamik einer Sekundärluftförderung, wie bspw. einer trägen Sekundärluftpumpe, die der Dynamik des Durchflusses der Brennraumluftmenge, wie sie bspw. bei einer erhöhten Leistungsanforderung und einer darauffolgenden starken Reduktion der Leistung einer Brennkraftmaschine vorkommt, nicht folgen kann, kommt es zu Verzögerungen beim Anpassen der Sekundärluftmenge an die Brennraumluftmenge, wie es bspw. bei Sekunde 30 in Diagramm 50 zu erkennen ist.The
Ein Verlauf eines Verhältnisses zwischen der eingeblasenen Sekundärluftmenge zu der gemessenen Brennraumluftmenge ist durch einen Verlauf 59 in einem Diagramm 60, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 62 über ein Verhältnis von Sekundärluft zu Brennraumluft erstreckt, dargestellt. Bei Sekunde 30 sinkt das Verhältnis von Sekundärluft zu Brennraumluft aufgrund der Erhöhung der Brennraumluftmenge, um bspw. eine höhere Leistung durch die Brennkraftmaschine zu erzeugen, und einer mangelnden Dynamik einer Anpassung der Sekundärluftförderung gemäß Verlauf 55 aus Diagramm 50, auf ein Minimum. Dies bedeutet, dass die zum Einbringen der Sekundärluft verwendete Sekundärluftpumpe dem Verlauf der Brennraumluftmenge nicht folgen kann und zu träge reagiert, so dass es zu einem ungleichmäßigen Verlauf 59 eines Verhältnisses von Sekundärluftmenge zu Brennraumluftmenge kommt. Aufgrund der Trägheit der Sekundärluftpumpe kommt es insbesondere bei kurzen Beschleunigungsmanövern bzw. sich schnell verändernden Leistungsanforderungen zu einem erhöhten Emissionsausstoß, der durch das vorgestellte Verfahren erheblich reduziert werden kann.A profile of a ratio between the injected secondary air quantity and the measured combustion chamber air quantity is represented by a
Diagramm 61, dass sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 64 über einen Abgaslambdawert, d. h. einen Lambdawert in einem Abgassystem, insbesondere unter Berücksichtigung der Sekundärluftmenge aufspannt, zeigt einen Verlauf 63 eines Lambdawerts in einem Abgas einer Brennkraftmaschine, die keine Lambdaregeleinheit aufweist. Der Lambdawert des Abgases, d. h. das Abgaslambda, schwankt stark zwischen einem Maximum von λ=1,2 und einem Minimum von λ=0,9. Dies bedeutet, dass in dem Abgassystem der Brennkraftmaschine Abgase strömen, die zeitweise von einem Abgaslambdawert von λ=1, wie er für eine ideale Verbrennung mit möglichst geringen Emissionen erforderlich ist, abweichen. Eine hohe Konzentration von Kraftstoff, wie sie bspw. in Phasen mit einem Abgaslambdawert von λ=0,9 vorliegt, führt ebenso zu einem gegenüber einer idealen Verbrennung erhöhten Emissionsausstoß, wie eine hohe Konzentration von Luft, wie sie in Phasen mit einem Abgaslambdawert von λ=1,2 vorliegt.Diagram 61 that plots on the
Der Emissionsausstoß in [g] ist in Diagramm 65 dargestellt, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 66 über eine Masse in [g] erstreckt. Ein Verlauf 67 zeigt eine Menge an ausgestoßenem Kohlenmonoxid, der etwa bei Sekunde 32 auf einen Wert von 0,5 Gramm ansteigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Werte des Verlaufs 67 der ausgestoßenen Menge an Kohlenmonoxid durch einen Wert von „5“ geteilt dargestellt. Ein Verlauf 69 stellt eine Menge an ausgestoßenen Stickoxiden dar, der etwa zu Sekunde 37 auf einen Wert von 0,1 Gramm ansteigt.Emission output in [g] is shown in
In einem Diagramm 70, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 72 über einen Luftmengendurchfluss in [kg/h] aufspannt, sind ein Verlauf 71 eines Brennraumluftmengendurchflusses und ein Verlauf 73 eines Sekundärluftmengendurchflusses dargestellt. Vorliegend ist der Verlauf 73 des Sekundärluftmengendurchflusses um einen Faktor „10“ hochskaliert, so dass der tatsächliche Sekundärluftmengendurchfluss um einen Faktor „10“ gegenüber dem Verlauf 73 reduziert ist und etwa bei 10% des Brennraumluftmengendurchflusses gemäß Verlauf 71 liegt. Die Verläufe 71 und 73 verhalten sich analog zu den Verläufen 53 und 55 aus
In Diagramm 90, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 92 über einen Lambdawert aufspannt, sind ein Verlauf 91 eines mittels einer Lambdaregeleinheit ohne Vorsteuerung ermittelten Lambdawerts und ein Verlauf 93 eines mittels einer Lambdaregeleinheit mit Vorsteuerung gemessenen Lambdawerts dargestellt. Dies bedeutet, dass Verlauf 93 einem Lambdawert entspricht, der mittels einer Lambdaregeleinheit ermittelt wurde, der eine Störgröße übermittelt wurde, die im Rahmen der Vorsteuerung eine aktuell eingeblasene Sekundärluftmenge berücksichtigt. Dagegen entspricht der Verlauf 91 einem Lambdawert, der von einer Lambdaregeleinheit ermittelt wurde, bei der die Sekundärluftmenge über mehrere Zwischenschritte ermittelt wird, wodurch die Lambdaregeleinheit entsprechend träge auf Änderungen der Sekundärluftmenge reagiert.Diagram 90, which extends over time on
Im Vergleich zu dem Verlauf 91 liegen bei dem Verlauf 93 geringere Abweichungen zu einem Solllambdawert von λ=1 vor, was zu einer deutlichen Verringerung von Emissionen gegenüber einer Brennkraftmaschine ohne Lambdaregeleinheit führt, wie es bei einem Vergleich des Diagramms 100 aus
Da die der
Ein Kurvenverlauf 101 zeigt einen Ausstoß an Kohlenmonoxid und ein Kurvenverlauf 103 einen Ausstoß an Stickoxiden. Der Kurvenverlauf 101 des Ausstoßes an Kohlenmonoxid ist auch hier zur besseren Darstellung bei der verwendeten Skalierung durch einen Wert „5“ geteilt dargestellt. Analog zu Diagramm 65 aus
In einem Diagramm 110, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 112 über einen Luftmengendurchfluss in [kg/h] aufspannt sind ein Verlauf 111 eines Brennraumluftmengendurchflusses und ein Verlauf 113 eines Sekundärluftmengendurchflusses dargestellt. Vorliegend ist der Verlauf 113 des Sekundärluftmengendurchflusses um einen Faktor „10“ hochskaliert, so dass der tatsächliche Sekundärluftmengendurchfluss um einen Faktor „10“ gegenüber dem Verlauf 113 reduziert ist und etwa bei 10% des Brennraumluftmengendurchflusses gemäß Verlauf 111 liegt. Die Verläufe 111 und 113 verhalten sich analog zu den Verläufen 53 und 55 aus
In Diagramm 130, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 132 über einen Lambdawert aufspannt, zeigt sich eine Auswirkung der Vorsteuerung der Lambdaregeleinheit. Während ein Verlauf 131 eines mittels einer Lambdaregeleinheit ohne Vorsteuerung ermittelten Lambdawerts stark schwankt, pegelt sich ein Verlauf 133 eines mittels einer Lambdaregeleinheit mit Vorsteuerung ermittelten Lambdawerts um einen Lambdawert von λ=1 ein, was darauf schließen lässt, dass an der nach der Lambdaregeleinheit mit Vorsteuerung angeordneten Lambdasonde stöchiometrische Verhältnisse zwischen in das Abgassystem eingebrachten Mengen an Luft und Kraftstoff vorliegen und ein Minimum an Emissionen erzeugt wird. Bei der Lambdaregeleinheit mit Vorsteuerung wird eine aktuell eingeblasene Menge an Sekundärluft in einer Vorsteuereinheit der Lambdaregeleinheit bspw. im Rahmen einer Störgröße berücksichtigt, so dass die Lambdaregeleinheit jeweilige ermittelte Lambdawerte schnell an eine geänderte Sekundärluftmenge anpassen kann.Diagram 130, which extends over time on the
In Diagramm 140, das sich auf der Abszisse 52 über die Zeit und auf der Ordinate 142 über eine Masse in [g] erstreckt, stellen ein Kurvenverlauf 141 einen Ausstoß von Kohlenmonoxid und ein Kurvenverlauf 143 einen Ausstoß von Stickoxiden dar. Hier ist die Masse des Kurvenverlaufs 141 des Ausstoßes an Kohlenmonoxid ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit durch einen Wert „5“ geteilt, d. h. mit einem Faktor „1/5“ skaliert, dargestellt. Sowohl der Kurvenverlauf 141 als auch der Kurvenverlauf 143 sind gegenüber dem Emissionsausstoß, wie er in Diagramm 100 von
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