DE10352222A1

DE10352222A1 - Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführrate

Info

Publication number: DE10352222A1
Application number: DE10352222A
Authority: DE
Inventors: Patrick Attard; Rüdiger Dr.-Ing. Herweg; Gregor Dr.-Ing. Renner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-08
Filing date: 2003-11-08
Publication date: 2005-06-09
Also published as: WO2005047674A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführrate AGR bei einem eine Haupteinspritzung umfassenden Einspritzvorgang einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass über das normierte Ionenstromsignal durch Vergleich mit einem Kennfeld auf die Abgasrückführrate geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführrate gemäss den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Während der Verbrennung treten im Brennraum von Verbrennungsmotoren Temperaturen von 2.000 bis 3.000 K auf. Diese hohen Temperaturen und die während der Verbrennung ablaufenden chemischen Reaktionsschritte bewirken eine teilweise Ionisation der im Brennraum vorhandenen Reaktionspartner. Es kann hierbei insbesondere in der Flammenfront zu einer nennenswerten – Ionisation des Gases kommen. Hinter der Flammenfront bewirken Rekombinationsreaktionen wieder den Abbau der vorher gebildeten Ionen. Mit Hilfe von in den Brennraum eines Motors eingelassenen Elektroden, an die eine Gleichspannung angelegt wird, kann aufgrund der Ionisation ein Stromfluss (hier und in der Literatur Ionenstrom) genannt zwischen den Elektroden gemessen werden. Die Größe des gemessenen Ionenstromes hängt bei gegebener Spannung von Ionisationsgrad des Gases zwischen den Elektroden ab. Dieser wird beispielsweise bestimmt durch die Temperatur im Brennraum, den Druck im Brennraum, das Verbrennungs-Luft-Verhältnis, den Zündzeitpunkt, den Drall der Ansaugluft, die Kraftstoffzusammensetzung sowie die Drosselklappenstellung und Drall des Motors. Üblicherweise wird der durch einen Ionenstrom verursachte Spannungsanfall an einen Messwiderstand bestimmt.
Injektoren moderner direkt einspritzender Dieselmotoren unterliegen hohen mechanischen Präzisions- und Toleranzanforderungen, die zu hohen Herstellungskosten führen. Trotz dieser hohen Anforderungen haben Injektoren eine Streubreite der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge und können über die Laufzeit einen Mengendrift aufweisen.
Zur Detektion der in einen Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge am Motor können Klopfsensoren verwendet werden. Der Einsatz derartiger Klopfsensoren ist jedoch nur in einem begrenzten Drehzahl-Lastbereich möglich.
Die Einspritzung bei modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren beginnt nicht unmittelbar mit der Haupteinspritzung, sondern mit der sogenannten Voreinspritzung. Bei der Voreinspritzung bewirken kleinste Mengen an Dieselkraftstoffen (beispielsweise 1 bis 4 mm³) eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung. Außerdem wird durch diese Vorreaktion bzw. teilweise Verbrennung der Zündverzug bei der Haupteinspritzung verkürzt. Ein hieraus resultierender Vorteil ist auch, dass eine weichere Verbrennung durch den verminderten Verbrennungsdruckanstieg realisiert und Verbrennungsdruckspitzen vermieden werden können. Diese Effekte verringern die Schadstoffemission, insbesondere die Stickoxid-Emission, den Verbrauch und das Verbrennungsgeräusch. Voreinspritzung kann ohne zusätzliche Hardware realisiert werden. Eine elektronische Steuerung steuert ein Magnetventil bzw. einen Piezo-Aktuator einer Einspritzpumpe innerhalb wenigster 1000stel Sekunden zweimal an. Das Magnetventil bzw. der Piezo-Aktuator dosiert die Einspritzmenge mit hoher Regelgenauigkeit und Mengendynamik. Zur optimalen Realisierung dieser Effekte ist die genaue Kenntnis sowie eine hierauf basierende Steuerung bzw. Regelung der Voreinspritzmenge vorteilhaft.

Aus der DE 198 38 222 A1 ist ein Verfahren zur Auswertung eines Ionenstromsignals einer selbstzündenden Brennkraftmaschine bekannt. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass aus dem zeitlichen Versatz eines lokalen Maximums im Verlauf des Ionenstromsignals gegenüber einem Einspritzzeitpunkt der Zündverzug abgeleitet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführrate.

Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer entsprechenden Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs.

Durch die erfindungsgemäß mögliche, sehr genaue Überwachung bzw. Bestimmung und eine hierdurch ermöglichte Einstellung bzw. Regelung der Einspritzmenge ist insbesondere die Geräusch- und Partikelemission des Dieselmotors in günstiger Weise beeinflussbar. Durch die Überwachung der Voreinspritzmenge ist es möglich, eine Zylindergleichstellung zu erreichen und damit die Laufkultur des Motors zu verbessern. Darüber hinaus kann durch die Korrektur des Langzeit-Drifts der Injektoren eine über die Laufzeit gleichbleibend geringe Geräusch- und Abgasemission sichergestellt werden. Kostenersparnisse sind durch geringere mechanische Toleranzanforderungen an die Injektoren möglich, da die Einstellung der Einspritzmenge durch einen Regelkreis über die Ionenstromsensorik erfolgen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

In besonders vorteilhafter Weise lässt sich auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Steuerung bzw. Regelung der Voreinspritzmenge, insbesondere zur Beeinflussung der Geräusch- und Partikelemission, der Laufkultur der Brennkraftmaschine oder von Langzeit-Drifteffekten der Injektoren, ausführen.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Bestimmung des Verbrennungsbeginns der Hauptverbrennung mittels der Überwachung einer Schwellwertüberschreitung des Ionenstromsignals. Eine derartige Überwachung eines Schwellwertes erweist sich als relativ einfach durchzuführen und stellt sehr genaue Ergebnisse zur Verfügung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung weiter beschrieben. Dabei zeigen:
1 ein Schaubild mit dem im Steuergerät hinterlegten normierten Ionenstromsignal und Heizverlauf mit unterschiedlicher Abgasrückführrate,
2 ein Schaubild mit der im Steuergerät hinterlegten Ionenstrom-Hauptverbrennungsschwelle sowie
3 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es zeigt 1 ein Schaubild mit einem bevorzugt in einem Steuergerät hinterlegten normierten Ionenstromsignal und Heizverlauf bei unterschiedlicher Abgasrückführrate AGR. Durch eine Erhöhung der Abgasrückführrate wird die Lage des 50%-Umsatzpunktes nach später verschoben, weil die Temperatur durch eine geringere Sauerstoffkonzentration niedriger und die Umsetzung langsamer wird. Das Ionenstromsignal korreliert mit dem Heizverlauf. Durch Bestimmung der Lage der Hauptverbrennung (Schwellwert der Hauptverbrennung im Ionenstrom) kann die Änderung detektiert und damit die AGR aus einem Es zeigt 1 ein Schaubild mit einem bevorzugt in einem Steuergerät hinterlegten normierten Ionenstromsignal und Heizverlauf bei unterschiedlicher Abgasrückführrate AGR. Durch eine Erhöhung der Abgasrückführrate wird die Lage des 50%-Umsatzpunktes nach später verschoben, weil die Temperatur durch eine geringere Sauerstoffkonzentration niedriger und die Umsetzung langsamer wird. Das Ionenstromsignal korreliert mit dem Heizverlauf. Durch Bestimmung der Lage der Hauptverbrennung (Schwellwert der Hauptverbrennung im Ionenstrom) kann die Änderung detektiert und damit die AGR aus einem Kennfeld entnommen werden. Im oberen Schaubild ist der Heizwert und getrennt das normierte Ionenstromsignal über dem Kurbelwinkel gezeigt. Die unterschiedlichen Kurven sind jeweils mit unterschiedlicher Abgasrückführrate ermittelt. Die beiden Pfeile des zweiten Peaks des normierten Ionenstromsignals bestimmen die Lage, an der die Ionenstrom-Hauptverbrennungsschwelle überschritten ist.
2 zeigt ein Schaubild mit der im Steuergerät hinterlegten Lage der Ionenstrom-Hauptverbrennungsschwelle. Es ist der Zeitpunkt, zu der die Ionenstromschwelle überschritten wird über der Abgasrückführrate AGR aufgezeigt. Durch Überwachung des Ionenstromsignals kann dann die AGR immer so gewählt werden, dass die Sollwerte und damit das Abgasverhalten korrekt ist; folglich die Grenzwerte nicht überschritten werden. Die Lage der Ionenstromschwelle korreliert mit dem Verbrennungsschwerpunkt. Der Verbrennungsschwerpunkt (Schwerpunkt Lage in 2) ergibt sich aus dem Summenbrennverlauf, d.h. im Diagramm der summierten Verbrennungsenergie im Brennraum über der Zeitachse ist es der Punkt, wo 50% der gesamten Verbrennungsenergie einer Verbrennung im Brennraum erreicht ist.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 200 wird ein Zeitgeber (beispielsweise im Rahmen eines Winkelinkrementalsystems) gestartet, wenn der Beginn eines Einspritzvorganges erkannt wurde. In einem anschließenden Schritt 201 wird der Zeitgeber erhöht. In einem Schritt 202 wird anschließend der Ionenstrom gemessen. In einem Schritt 203 wird dieser gemessene Ionenstrom auf die maximale Amplitude normiert. In Schritt 204 wird auf der Grundlage des festgestellten Ionenstroms eine Schwellwertbestimmung im Signal der Hauptverbrennung durchgeführt. Im Schritt 205 wird durch Vergleich mit einer vorabgelegten Kennlinie (20% Schwelle Ionenstrom in 2) auf die Abgasrückführrate AGR geschlossen. Die so ermittelte Abgasrückführrate AGR wird zur weiteren Verarbeitung beispielsweise einer Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Abgasrückführrate AGR bei einem eine Haupteinspritzung umfassenden Einspritzvorgangs einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass über das normierte Ionenstromsignal durch Vergleich mit einem Kennfeld auf die Abgasrückführrate geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung und/oder Regelung der Abgasrückführrate, insbesondere zur Beeinflussung einer Geräusch- und/oder Partikelemission, der Laufkultur der Brennkraftmaschine, oder der Einhaltung von Abgasgrenzwerten vorgesehen ist.
Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.