-
Die
Erfindung geht aus von einem Abgasrückführverfahren zum Einstellen
einer Abgasrückführung einer
Brennkraftmaschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
-
Eine
Abgasrückführung vermindert
die NOx-Entstehung bei der Verbrennung des Kraftstoffs in einer
Brennkraftmaschine durch die Beimischung von Abgas zum der Brennkraftmaschine
zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Mit dieser Maßnahme
wird die Spitzentemperatur während
des Verbrennungsvorgangs abgesenkt, sodass die Bedingungen für das Entstehen
von NOx verschlechtert werden. Mit steigender Abgasrückführung steigt
allerdings die Bildung von Ruß,
sodass für
die Abgasrückführung ein
Optimum gefunden werden muss.
-
Aus
der
DE 29 11 209 A1 ist
eine Abgasrückführung einer
Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei der die Stellung einer
Mischklappe von der Sauerstoffkonzentration eines Gasstroms abhängt. Bei
dem Gasstrom handelt es sich entweder und um das der Brennkraftmaschine
zugeführte
Luft-Kraftstoff-Gemisch oder das Abgas. Die Sauerstoffkonzentration
erfasst in beiden Fällen
ein Lambdasensor.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführverfahren zum Einstellen
einer Abgasrückführung einer
Brennkraftmaschine derart weiterzubilden, dass in möglichst
vielen Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine das Abgas der Brennkraftmaschine möglichst
wenig NOx und/oder Ruß enthält.
-
Die
Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch
angegebenen Merkmale gelöst.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird eine
Einstellung der Abgasrückführung der
Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von der Änderungsgeschwindigkeit
eines Lastsignals der Brennkraftmaschine beeinflusst. Mit dieser
Maßnahme
werden dynamische Zustände
der Brennkraftmaschine wie eine Drehzahlerhöhung bzw. ein Beschleunigungsvorgang
und/oder eine Drehzahlverminderung bzw. ein Verzögerungsvorgang bei der Einstellung
der Abgasrückführung einbezogen.
-
In
Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Berücksichtigung der instationären Betriebszustände durch
die Einbeziehung der Änderungsgeschwindigkeit
der Last der Brennkraftmaschine bei der Einstellung der Abgasrückführung zu
einer weiteren Verminderung der NOx-Konzentration und/oder der Partikel-Konzentration
im Abgas der Brennkraftmaschine beitragen kann.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgasrückführungsverfahrens
ergeben sich aus abhängigen
Ansprüchen
und aus der folgenden Beschreibung.
-
Zeichnung
-
Die
Figur zeigt ein technisches Umfeld, in der ein erfindungsgemäßes Abgasrückführverfahren zum
Einstellen einer Abgasrückführung einer
Brennkraftmaschine abläuft.
-
Die
Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 ein
Luftsensor ML und in deren Abgassystem 12 ein Abgassensor 15 angeordnet
ist. Die Brennkraftmaschine 10 gibt an eine Steuerung 13 ein
Drehzahlsignal N ab. Der Steuerung 13 wird weiterhin ein
Sollsignal FP zugeführt.
Die Steuerung 13 gibt an eine der Brennkraftmaschine 10 zugeordneten
Kraftstoffzumesseinrichtung 14 ein Kraftstoffsignal MK
ab.
-
Der
Ansaugbereich 11 und das Abgassystem 12 sind über eine
Abgasrückführeinrichtung
ARF miteinander verbindbar. Die Abgasrückführeinrichtung ARF legt die
Abgasrückführung 20 vom
Abgassystem 12 zum Ansaugbereich 11 in Abhängigkeit von
einem Abgasrückführsignal 21 fest.
Das Abgasrückführsignal 21 ist
sowohl der Abgasrückführeinrichtung
ARF als auch einem Regler PI zugeführt, der eine Stellgröße 22 an
die Abgasrückführeinrichtung ARF
abgibt.
-
Der
Regler PI erhält
ein vom Luftsensor ML bereitgestelltes Luftsignal 23, ein
vom Abgassensor 15 bereitgestelltes Abgassignal 24 sowie
ein von einem Drucksensor DP bereitgestelltes Drucksignal 25 zugeführt. Der
Drucksensor DP erfasst den Druckunterschied zwischen dem Ansaugluftbereich 11 und dem
Abgassystem 12. Das Abgassignal 24 des Abgassensors 15 wird
weiterhin der Steuerung 13 zur Verfügung gestellt.
-
Das
Abgasrückführsignal 21 stellt
eine Signalverknüpfung 30 in
Abhängigkeit
von einem unkorrigierten Abgasrückführsignal 31 und
einem Korrektursignal 32 bereit. Das unkorrigierte Abgasrückführsignal 21 wird
in einem ersten Kennfeld 33 aus dem Drehzahlsignal N und/oder
dem Kraftstoffsignal MK ermittelt. Das Kraftstoffsignal MK wird
in einem ersten Differenzierer DT1MK und das Drehzahlsignal N in
einem zweiten Differenzierer DT1N differenziert. Der Verstärkungsfaktor
KDMK und die Zeitkonstante T1MK des ersten Differenzierers DT1MK
werden in Abhängigkeit
vom Drehzahlsignal N und/oder vom Kraftstoffsignal MK anhand eines
zweiten Kennfelds 34 festgelegt. Der Verstärkungsfaktor
KDN und die Zeitkonstante T1N des zweiten Differenzierers DT1N werden
ebenfalls in Abhängigkeit
vom Drehzahlsignal N und/oder vom Kraftstoffsignal MK anhand eines dritten
Kennfelds 35 festgelegt.
-
Ein
Ausgangssignal 40 des ersten Differenzierers DT1MK gelangt
nach Durchlaufen eines ersten Kennlinienglieds 41 als erstes
Korrektursignal 42 zu einer Auswahl 43. Ein Ausgangssignal 50 des zweiten
Differenzierers DT1N gelangt nach Durchlaufen eines zweiten Kennlinienglieds 51 als
zweites Korrektursignal 52 zur Auswahl 43. Die
Auswahl 43 stellt das Korrektursignal 32 bereit.
-
Das
erfindungsgemäße Abgasrückführverfahren
arbeitet folgendermaßen:
Das
Abgas im Abgassystem 12 der Brennkraftmaschine 10 kann
mit der Abgasrückführeinrichtung ARF über die
Einstellung der Abgasrückführung 20 hinsichtlich
der NOx-Konzentration und der Partikel-Konzentration, insbesondere
Ruß, beeinflusst werden.
Unter dem Begriff der Abgasrückführung 20 wird
ein Maß für eine Abgasrückführrate,
welche das Verhältnis
von zurückgeführter zu
angesaugter Luft beschreibt, ein Maß für einen Abgasrückführungs-Massenstrom,
ein Maß für einen
Abgasrückführungs-Mengenstrom
oder beispielsweise ein Maß für eine Position
eines mechanischen Antriebs, welche die Abgasrückführung 20 beeinflusst,
angesehen. Eine Änderung
einer Einstellung der Abgasrückführung 20 spiegelt
sich deshalb in einer Änderung des
Maßes
für die
Abgasrückführung 20 wider.
-
Die
Abgasrückführung 20 senkt
die während des
Verbrennungsvorgangs des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine 10 auftretende
Spitzentemperatur. Das Absenken der Spitzentemperatur verschlechtert
die Bedingungen für
die Bildung von NOx, sodass eine hohe Abgasrückführung 20 zu einer
geringen NOx-Konzentration im Abgas führt. Eine Erhöhung der
Abgasrückführung 20 kann
aber nicht beliebig durchgeführt
werden. Die Erhöhung
der Abgasrückführung 20 führt, zumindest
ab einer bestimmten Grenze, zu einer Erhöhung der Bildung von Partikeln, insbesondere
von Ruß.
Beide Abgasbestandteile sind gleichermaßen unerwünscht, sodass versucht wird,
ein Optimum für
die Einstellung der Abgasrückführung 20 zu
finden.
-
Die
Abgasrückführung 20 stellt
die Abgasrückführeinrichtung 22 in
Abhängigkeit
vom Abgasrückführsignal 21 ein.
Vorgesehen sein kann ein gesteuerter oder ein geregelter Betrieb.
Im gesteuerten Betrieb beeinflusst die Abgasrückführeinrichtung 22 in
Abhängigkeit
vom Abgasrückführsignal 21 beispielsweise
eine Klappe oder ein Ventil ohne eine Rückmeldung über die Abgasrückführung 20 bzw. ein
Maß für die Abgasrückführung 20.
im gesteuerten Betrieb wird das Abgasrückführsignal 21 nur der
Abgasrückführeinrichtung
ARF zugeführt.
-
Im
geregelten Betrieb, zu dessen Durchführung der Regler PI vorgesehen
ist, wird auf die Abgasrückführung 20 bzw.
das Maß für die Abgasrückführung 20 geregelt.
Im geregelten Betrieb wird das Abgasrückführsignal 21 dem Regler
PI zugeführt. Vorgesehen
sein kann eine in der Figur nicht gezeigte Rückmeldung einer in der Abgasrückführeinrichtung
ARF enthaltenen Klappe oder eines Ventils. Zusätzlich oder alternativ kann
die Regelung der Abgasrückführung 20 in
Abhängigkeit
vom Luftsignal 23 und/oder vom Abgassignal 24 und/oder
vom Drucksignal 25 erfolgen. Der Abgassensor 15 kann
beispielsweise als Lambdasensor zur Erfassung des Sauerstoffgehalts
des Abgases realisiert sein. In diesem Fall stellt der Abgassensor 15 das
Abgassignal 24 als Maß für den Sauerstoffgehalt
des Abgases bereit. Der Drucksensor DP erfasst entweder den Druckunterschied
zwischen dem Ansaugluftbereich 11 und dem Abgassystem 12 oder
den Druckunterschied an einer anderen geeigneten Stelle des Abgasrückführsystems.
Der Regler PI, der beispielsweise als Proportional-Integral-Regler
ausgebildet sein kann, ermittelt aus wenigstens einem Eingangssignal die
Stellgröße 22 zur
Ansteuerung der Abgasrückführeinrichtung
ARF.
-
Das
unkorrigierte Abgasrückführsignal 31 wird
aus dem ersten Kennfeld 33 entnommen, das vom Drehzahlsignal
N und/oder vom Kraftstoffsignal MK angesteuert wird. Zuvor hat die
Steuerung 13 das Kraftstoffsignal MK in Abhängigkeit
vom Sollsignal FP, das beispielsweise einer Position eines Fahrpedals
entspricht, sofern die Brennkraftmaschine 10 in einem Kraftfahrzeug
angeordnet ist, und/oder in Abhängigkeit
vom Drehzahlsignal N und/oder in Abhängigkeit vom Abgassignal 24 an
die Kraftstoffzumesseinrichtung 14 abgegeben. Das Kraftstoffsignal
MK spiegelt bereits allein die Last der Brennkraftmaschine 10 wieder.
Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich
kann das Drehzahlsignal N der Brennkraftmaschine 10 berücksichtigt
werden. Zur Gewinnung eines Maßes
für die
Last der Brennkraftmaschine 10 kann weiterhin alternativ
oder zusätzlich
das Luftsignal 23 und/oder das Sollsignal FP berücksichtigt
werden. Diese beiden Signale wurden im Ausführungsbeispiel nicht näher berücksichtigt.
Das Ausführungsbeispiel
geht zur Vereinfachung nur vom Kraftstoffsignal MK und/oder vom
Drehzahlsignal N aus.
-
Das
erste Kennfeld 33 berücksichtigt
die absoluten Werte des Drehzahlsignals N und/oder des Kraftstoffsignal
MK. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Verminderung sowohl
der NOx-Konzentration
als auch der Partikel-Konzentration im Abgas der Brennkraftmaschine 10 durch
eine gezielte Berücksichtigung
von Zustandsänderungen
bzw. Laständerungen
der Brennkraftmaschine 10 bei der Einstellung der Abgasrückführung 20 möglich ist.
-
Eine
erste Ausgestaltung einer Berücksichtigung
einer Laständerung
der Brennkraftmaschine 10 sieht die Erfassung und das Bewerten
einer Änderung
des Kraftstoffsignals MK vor. Zur Erfassung und Bewertung der Änderung
ist der erste Differenzierer DT1MK vorgesehen, der im einfachsten
Fall als Differenzierer erster Ordnung realisiert wird. Bei einem Differenzierer
erster Ordnung können
der Verstärkungsfaktor
KDMK und die Zeitkonstante T1MK vorgegeben werden. Sowohl der Verstärkungsfaktor KDMK
als auch die Zeitkonstante T1MK werden ebenfalls vorzugsweise in
Abhängigkeit
vom Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 festgelegt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 wieder vom
Kraftstoffsignal MK und/oder vom Drehzahlsignal N widergespiegelt.
Dem Kraftstoffsignal MK und/oder dem Drehzahlsignal N wird im zweiten
Kennfeld 34 ein Signal zugewiesen, das zum einen dem Verstärkungsfaktor KDMK
und zum anderen der Zeitkonstanten T1MK entspricht.
-
Das
Signal 40 des ersten Differenzierers DT1MK gibt bereits
ein Maß für die Änderungsgeschwindigkeit
des Lastzustands der Brennkraftmaschine 10 wieder. Gegebenenfalls
werden im ersten Kennlinienglied 41 dem Signal 40 des
ersten Differenzierers DT1MK Werte zugeordnet, die das erste Korrektursignal 42 darstellen.
-
Gegebenenfalls
kann das erste Kennlinienglied 41 in Abhängigkeit
vom Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 beeinflusst werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Beeinflussung in Abhängigkeit
vom Kraftstoffsignal MK und/oder vom Drehzahlsignal N vorgesehen.
Das für
die Beeinflussung erforderliche Signal wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
vom zweiten Kennfeld 34 zur Verfügung gestellt. Das zweite Kennfeld 34 enthält daher
vorteilhafterweise zwei unabhängige
Felder, von denen in der Figur lediglich eines dargestellt ist.
-
Eine
andere Ausgestaltung einer Berücksichtigung
einer Laständerung
der Brennkraftmaschine 10, die alternativ oder zusätzlich vorgesehen
sein kann, sieht die Erfassung und das Bewerten einer Änderung
des Drehzahlsignals N vor. Das Drehzahlsignal N wird im zweiten
Differenzierer DT1N differenziert, wobei wieder der Verstärkungsfaktor
KDN und die Zeitkonstante T1N im Falle eines Differenzierer erster
Ordnung vorgegeben werden können.
Bei der Erfassung und Bewertung der Änderungen des Drehzahlsignals
N können
sowohl der Verstärkungsfaktor
KDN als auch die Zeitkonstante T1N in Abhängigkeit vom Lastzustand der
Brennkraftmaschine 10, insbesondere also vom Kraftstoffsignal
MK und/oder vom Drehzahlsignal N im dritten Kennfeld 35 festgelegt
werden.
-
Das
Signal 50 des zweiten Differenzierers DT1N gibt wieder
bereits ein Maß für die Änderungsgeschwindigkeit
des Lastzustands der Brennkraftmaschine 10 wieder. Gegebenenfalls
werden im zweiten Kennlinienglied 51 dem Signal 50 des
zweiten Differenzierer DT1N Werte zugeordnet, die das zweite Korrektursignal 52 darstellen.
-
Gegebenenfalls
kann das zweite Kennlinienglied 51 in Abhängigkeit
vom Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 beeinflusst werden.
Im Ausführungsbeispiel
ist die Beeinflussung in Abhängigkeit vom
Kraftstoffsignal MK und/oder vom Drehzahlsignal N vorgesehen. Das
für die
Beeinflussung erforderliche Signal wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
vom dritten Kennfeld 35 zur Verfügung gestellt. Das dritte Kennfeld 35 enthält daher
vorteilhafterweise zwei unabhängige
Felder, von denen in der Figur lediglich eines dargestellt ist.
-
Die
Auswahl 43 leitet das Minimum oder das Maximum des ersten
und zweiten Korrektursignals 42, 52 als Korrektursignal 32 zur
Verknüpfung 30 weiter.
Das Minimum wird weitergeleitet, wenn die Korrektursignale 42, 52 negativ
sind, entsprechend einer Drehzahlabsenkung bzw. eines Verzögerungsvorgangs
der Brennkraftmaschine 10, wobei gegebenenfalls eine vollständige Unterdrückung des
Kraftstoffsignal MK im Rahmen einer Schubabschaltung vorgesehen
sein kann. Das Korrektursignal 32 weist einen negativen
Wert auf, der zu einer Verringerung der Abgasrückführung 20 führt. Das
Maximum wird weitergeleitet, wenn die Korrektursignale 42, 52 positiv
sind, entsprechend einer Drehzahlerhöhung bzw. eines Beschleunigungsvorgangs
der Brennkraftmaschine 10. Sofern der seltene Fall auftritt,
dass das erste Korrektursignal 42 negativ (positiv) und
das zweite Korrektursignal 52 positiv (negativ) ist, kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass das betragsmäßig größte erste oder zweite Korrektursignal 42, 52 vorzeichenrichtig
als Korrektursignal 32 weitergeleitet wird, oder dass weder
das erste noch das zweite Korrektursignal 42, 52 weitergeleitet
wird, sodass das Korrektursignal 32 einen neutralen Wert
aufweist.
-
Die
Verknüpfung 30 kann
beispielsweise eine additive oder eine multiplikative Verknüpfung des
unkorrigierten Abgasrückführsignals 21 und
des Korrektursignals 32 vorsehen. Im Falle einer additiven
Verknüpfung
kann der neutrale Wert des Korrektursignals 32 auf den
Wert 0 festgelegt werden, während
im Falle einer multiplikativen Verknüpfung der neutrale Wert des
Korrektursignals 32 dem Wert 1 entspricht.