DE19648427C2

DE19648427C2 - Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Katalysators

Info

Publication number: DE19648427C2
Application number: DE19648427A
Authority: DE
Inventors: Thomas Haug
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2016-11-23
Also published as: DE19648427A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Tempe ratur eines Katalysators gemäß dem Oberbegriffs des Patentan spruchs 1.

Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Katalysators, werden beispielsweise zur Begrenzung der Katalysatortempera tur eingesetzt, um eine zu hohe Katalysatortemperatur und da mit eine Beschädigung des Katalysators zu verhindern.

Aus DE 195 02 011 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Begrenzen der Innentemperatur eines Katalysators bekannt, bei der die Katalysatortemperatur ermittelt wird und mit ei ner Vergleichstemperatur verglichen wird. Liegt die Katalysa tortemperatur über der Vergleichstemperatur, so wird die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge um eine vor gegebene Menge erhöht. Durch die Anfettung des Kraftstoffge misches wird eine Kühlung des Katalysators erreicht.

Aus der DE 43 44 137 A1 ist ein System zum Schutz eines Kata lysators vor Übertemperatur bekannt, bei dem eine tatsächli che Katalysatortemperatur ermittelt wird und abhängig vom Be triebszustand der Brennkraftmaschine und/oder von Umgebungs bedingungen und/oder der Änderung der tatsächlichen Katalysa tortemperatur eine maximal zulässige Katalysatortemperatur vorgebbar ist. Abhängig von der maximal zulässigen Katalysa tortemperatur und der tatsächlichen Katalysatortemperatur werden Maßnahmen zur Kühlung des Katalysators getroffen. Wird ein erster Schwellwert für die Differenz aus der maximal zu lässigen Katalysatortemperatur und der tatsächlichen Kataly satortemperatur unterschritten, so werden erste Maßnahmen zur Kühlung des Katalysators eingeleitet. Wenn weitere Schwellenwerte für die Differenz unterschritten werden, werden sukzes siv weitere Maßnahmen zur Kühlung des Katalysators getroffen.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein genaueres Verfah ren zur Regelung der Katalysatortemperatur bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß die Änderung des Kraftstoffgemisches in Abhängigkeit von der Dif ferenztemperatur zwischen der Katalysatortemperatur und der Vergleichstemperatur gewählt wird. Dadurch wird ein präzise bemessenes Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine zuge führt, so daß Kraftstoff eingespart wird.

Vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen

Fig. 1: Eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2: Ein Verfahren zur Regelung der Katalysatortempera tur,

Fig. 3: Den Verlauf der geregelten Katalysatortemperatur und

Fig. 4: Eine Tabelle für einen Korrekturfaktor.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Brennkraftmaschine 2 mit einer Zündanlage 11 und einer Einspritzanlage 12, die über Steuerleitungen 13 mit einem Steuergerät 1 verbunden sind. Die Brennkraftmaschine 2 weist einen Ansaugtrakt 3 und einen Abgastrakt 10 auf. Im Ansaugtrakt 3 sind ein Luftmas senmesser 4, eine Drosselklappe 14 und ein Lufttemperatursen sor 5 vorgesehen, die über Signalleitungen mit dem Steuerge rät 1 in Verbindung stehen.

Der Abgastrakt 10 ist zu einem Katalysator 8 geführt, in dem ein Temperatursensor 9 angeordnet ist, der über eine Signal leitung mit dem Steuergerät 1 verbunden ist. Vor dem Kataly sator 8 ist im Abgastrakt 10 eine Lambdasonde 7 angeordnet, die über eine Signalleitung an das Steuergerät 1 angeschlos sen ist. Das Steuergerät 1 steht zudem mit einem Drehzahlmes ser 6, der der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist, und mit einem Speicher 14 in Verbindung.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Regelung der Katalysatortem peratur, das mit der Vorrichtung nach Fig. 1 durchgeführt wird.

Nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 setzt bei Programm punkt 16 das Steuergerät 1 den Wert eines Temperaturbits im Speicher 14 auf den Wert 0. Das Temperaturbit weist als Startbedingung den Wert 0 auf, wenn die ermittelte Katalysa tortemperatur T die Solltemperatur TS noch nicht überschrit ten hat. Zudem wird die Regelgröße DM(n) für alle n mit dem Wert 0 belegt, wobei mit n Zeitpunkte bezeichnet sind.

Anschließend ermittelt bei Programmpunkt 17 das Steuergerät 1 die Temperatur T des Katalysators 8. Dazu wird entweder die Temperatur T des Katalysators 8 mit dem Temperatursensor 9 gemessen oder mit Hilfe eines Temperaturmodells berechnet, wobei die angesaugte Luftmasse, die Fahrzeuggeschwindigkeit, das eingespritzte Kraftstoff/Luftverhältnis, der Zündzeit punkt und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 und eine Zy linderabschaltung berücksichtigt werden.

Bei Programmpunkt 18 erfolgt die Abfrage, ob der Wert des Temperaturbits gleich 1 ist. Ist dies der Fall, so wird Pro grammpunkt 19 übersprungen und sofort zu Programmpunkt 20 verzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 18, daß das Temperatur bit den Wert 0 aufweist, so wird nach Programmpunkt 19 ver zweigt. Bei Programmpunkt 19 erfolgt die Abfrage, ob die Ka talysatortemperatur T über der Solltemperatur TS liegt. Ist dies der Fall, so wird das Temperaturbit mit dem Wert 1 be legt, das anzeigt, daß die Katalysatortemperatur T größer als die Solltemperatur TS ist und anschließend nach Programmpunkt 20 verzweigt. Ist die Katalysatortemperatur T nicht größer als die Solltemperatur TS, so wird nach Programmpunkt 17 zu rückverzweigt.

Bei Programmpunkt 20 wird überprüft, ob eine Antischlupfrege lung oder eine Drehzahlbegrenzung durchgeführt wird. Ist dies der Fall, so wird nach Programmpunkt 31 verzweigt, bei dem die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge mit vorgegebenen Werten von Lambda größer oder gleich 1 vorge steuert wird. In diesen Fällen wird, um einen Sekundärluftef fekt zu vermeiden, jegliche Anfettung des Kraftstoffgemisches auf 0 gesetzt. Nach Verlassen der Antischlupfregelung oder der Drehzahlbegrenzung wird von Programmpunkt 31 nach Pro grammpunkt 16 zurückverzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 20, daß weder eine Anti schlupfregelung noch eine Drehzahlbegrenzung vom Steuergerät 1 durchgeführt wird, so wird anschließend bei Programmpunkt 21 überprüft, ob ein Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine 2 vorliegt. Ein Vollastbetrieb wird mit Hilfe der Drosselklap penstellung und des Drehzahlmessers 6 festgestellt.

Ergibt die Überprüfung bei Programmpunkt 21, daß ein Vollast betrieb vorliegt, so wird nach Programmpunkt 22 verzweigt. Bei Programmpunkt 22 wird der Brennkraftmaschine 2 eine vor gegebene maximale Kraftstoffmenge zugeführt, um den Katalysa tor 8 zu kühlen. Nach Verlassen des Vollastbetriebes wird von Programmpunkt 22 nach Programmpunkt 16 zurückverzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 21, daß kein Vollastbe trieb der Brennkraftmaschine 2 vorliegt, so wird anschließend bei Programmpunkt 23 die Katalysatortemperatur T mit einem Temperaturbereich verglichen, der von einer Minimaltemperatur TMIN und einer Maximaltemperatur TMAX vorgegeben ist. Ergibt der Vergleich bei Programmpunkt 23, daß die Katalysatortempe ratur T nicht im Temperaturbereich liegt, so wird nach Pro grammpunkt 25 verzweigt.

Bei Programmpunkt 25 erfolgt die Abfrage, ob die Katalysator temperatur T größer als die Maximaltemperatur TMAX ist. Ist dies der Fall, so wird nach Programmpunkt 22 verzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 25, daß die Katalysator temperatur T kleiner als die Maximaltemperatur TMAX ist, so liegt die Katalysatortemperatur T gleichzeitig unter der Mi nimaltemperatur TMIN und es wird anschließend nach Programm punkt 24 verzweigt, bei dem ein Lambda-Regelbetrieb durchge führt wird. Anschließend wird zu Programmpunkt 16 verzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 23, daß die Katalysator temperatur T innerhalb des Temperaturbereiches liegt (TMIN < T < TMAX), so wird nach Programmpunkt 26 verzweigt. Bei Programmpunkt 26 überprüft das Steuergerät 1, ob die Stell größe DM(n - 1), die beim letzten Berechnungsdurchgang zum Zeitpunkt (n - 1) berechnet wurde, gleich Null ist und ob die Stellgröße DM(n - 2), die beim vorletzten Berechnungsdurchgang zum Zeitpunkt (n - 2) berechnet wurde, größer als Null ist. Sind beide Bedingungen erfüllt, so wird nach Programmpunkt 24, d. h. in einen Lambda-Regelbetrieb, verzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 26, daß eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt ist, so wird anschließend bei Pro grammpunkt 27 die Katalysatortemperatur T mit der Solltempe ratur TS verglichen. Auf diese Weise wird als Regelabweichung die Differenztemperatur ΔT = TS - T berechnet.

Anschließend wird bei Programmpunkt 28 eine Korrekturmenge K nach folgender Formel berechnet:

K = ΔT . k,

wobei mit k ein Korrekturfaktor bezeichnet ist, der in einer einfachen Ausführung einen konstanten Wert darstellt. Eine Verbesserung des Verfahrens wird dadurch erreicht, daß der Korrekturfaktor k direkt proportional zur Regelabweichung ist, die durch die Differenztemperatur ΔT dargestellt ist.

Bei einer positiven Differenztemperatur ΔT ist die Korrektur menge K positiv und bei einer negativen Differenztemperatur ΔT ist die Korrekturmenge K negativ.

Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch er reicht, daß der Korrekturfaktor k überproportional mit der Regelabweichung, d. h. mit der Differenztemperatur ΔT zu nimmt, d. h. daß bei einer Verdoppelung der Regelabweichung der Korrekturfaktor k auf mehr als das Doppelte steigt, vor zugsweise auf den dreifachen Wert.

Bei Programmpunkt 29 wird die Stellgröße DM(n) nach folgender Formel berechnet:

DM(n) = DM(n - 1) + K,

wobei mit DM(n) die zum aktuellen Zeitpunkt n neu zu berech nende Stellgröße bezeichnet ist.

Mit der neu berechneten Stellgröße DM(n) wird anschließend die der Brennkraftmaschine 2 zuzuführende Kraftstoffmenge KM(n) nach folgender Formel berechnet:

KM(n) = K0 . (1 + DM(n)),

wobei mit K0 eine vorgegebene Kraftstoffmenge bezeichnet ist.

Nach der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge KM(n) steuert das Steuergerät 1 bei Programmpunkt 30 die Ein spritzanlage 12 entsprechend der berechneten Kraftstoffmenge KM(n) an.

Anschließend wird nach Programmpunkt 17 zurückverzweigt und der Programmablauf erneut durchlaufen.

Das beschriebene Verfahren stellt eine Regelung dar, bei der die Regelabweichung multipliziert mit dem Korrekturfaktor die Stellgröße bildet, wobei die Stellgrößen, die während eines Regelungszyklus, d. h. im Zeitraum von t0 bis te, ermittelt werden, zu laufend zu einer neuen Stellgröße aufintegriert werden und bei der Regelung berücksichtigt werden.

Fig. 3a zeigt den Verlauf der Katalysatortemperatur T in Ab hängigkeit von der Zeit t. Fig. 3b zeigt entsprechend dem in Fig. 3a angegebenen Temperaturverlauf der Katalysatortempe ratur T die daraus ermittelte Stellgröße DM in Abhängigkeit von der Zeit t.

Die Katalysatortemperatur T steigt bis zu der Solltemperatur TS an, ohne daß eine Stellgröße DM berechnet wird. Erst mit dem Überschreiten der Solltemperatur TS, die in diesem Fall 830°C beträgt, wird auf die erfindungsgemäße Regelung umge schaltet.

In Fig. 3a sind ab dem Zeitpunkt t0 zu dem die Katalysator temperatur T die Solltemperatur TS überschreitet Verbindungs geraden zwischen der Katalysatortemperatur T und der Solltem peratur TS eingezeichnet, die zeichnerisch als Regelabwei chung die Differenztemperatur ΔT zu den entsprechenden Zeit punkten darstellen.

In einem einfachen Verfahren ist die Korrekturmenge K direkt proportional zur Regelabweichung ΔT, da der Korrekturfaktor k als Konstante ausgebildet ist. Für den entsprechenden Fall ist die Fig. 3b die Stellgröße DM dargestellt. Die Stellgrö ße DM stellt eine Integration der seit dem Überschreiten der Solltemperatur TS, d. h. seit dem Zeitpunkt t0 berechneten Korrekturmengen K dar. Liegt die Katalysatortemperatur T über der Solltemperatur TS, so steigt die Stellgröße DM kontinuierlich an. Unterschreitet die Katalysatortemperatur T die Solltemperatur TS, so sinkt die Stellgröße DM ebenfalls. Zum Zeitpunkt tE, zu dem die Katalysatortemperatur T unter die Minimaltemperatur TMIN fällt, die in diesem Ausführungsbei spiel 800°C beträgt, sinkt die Stellgröße DM auf den Wert 0, da auf die Lambda-Regelung umgeschaltet wird.

Fig. 4 zeigt eine Tabelle, in der der Korrekturfaktor k di rekt proportional von der Regelabweichung ΔT abhängt.

Beispielsweise weist der Korrekturfaktor k bei einer Diffe renztemperatur von 15°C einen Inkrementalwert von 3 . 10^-3 der vorgegebenen Kraftstoffmenge K0 auf.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Katalysators (8) einer Brennkraftmaschine (2), bei dem die Katalysatortem peratur (T) ermittelt wird,
bei dem die Katalysatortemperatur (T) mit einer Vergleich stemperatur (TS) verglichen wird,
bei dem die der Brennkraftmaschine (2) zuzuführende Kraft stoffmenge in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Kataly satortemperatur (T) zur Vergleichstemperatur (TS) mit einer vorgebbaren Menge (DM) korrigiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgebbare Menge (DM(n)) eine Funktion von der Diffe renztemperatur (ΔT) zwischen der Katalysatortemperatur (T) und der Vergleichstemperatur (TS) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Menge (DM(n)), mit der zum Zeitpunkt (n) die zuzu führende Kraftstoffmenge korrigiert wird, die Summe aus der vorgebbaren Menge (DM(n - 1)) zum vorhergehenden Zeitpunkt (n - 1) und einer Korrekturmenge (K) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmenge (K) eine Funktion von der Differenztemperatur (ΔT) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Menge (DM(n)) aus einem konstanten Wert (k) multipliziert mit der Differenztemperatur (ΔT) berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Menge (DM(n)) aus einem Wert (k) berechnet wird, der eine Funktion der Differenztemperatur (ΔT) ist, und daß der Wert (k) mit der Differenztemperatur (ΔT) multipli ziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgebbare Menge (DM(n)) aus einem Wert (k) berechnet wird,
daß der Wert (k) überproportional mit der Differenztemperatur (ΔT) zunimmt, und
daß der Wert (k) mit der Differenztemperatur (ΔT) multipli ziert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Kraftstoffmenge (K0) der Brennkraftma schine (2) zugeführt wird, wenn mindestens die Zündung eines Zylinders abgeschaltet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine (2) eine vorge gebene maximale Kraftstoffmenge zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Menge als Kennfeld abgelegt ist, deren Stützstellen durch die Differenztemperatur (ΔT) gegeben sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert erhöht wird, wenn die Differenztemperatur einen Maximalwert überschreitet.