DE19851319A1 - Method for determining the raw NOx emission of an internal combustion engine that can be operated with excess air - Google Patents
Method for determining the raw NOx emission of an internal combustion engine that can be operated with excess airInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der NOx- Rohemission einer mit Luftüberschuß betreibbaren Brennkraft maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for determining the NOx Raw emission of an internal combustion engine that can be operated with excess air Machine according to the preamble of claim 1.
Um den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen mit ottomoto rischem Antrieb weiter zu reduzieren, kommen immer häufiger Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die mit magerem Gemisch be trieben werden. Dabei wird zwischen zwei grundlegenden Be triebsarten unterschieden. Im unteren Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit einer stark geschichteten Zylinderla dung und hohem Luftüberschuß betrieben (Schichtladebetrieb). Dies wird durch eine späte Einspritzung kurz vor dem Zünd zeitpunkt erreicht. Die Brennkraftmaschine wird dabei unter Vermeidung von Drosselverlusten weitgehend ungedrosselt be trieben. Zur Absenkung der NOx-Rohemission wird eine hohe Ab gasrückführrate angestrebt.To fuel consumption of motor vehicles with ottomoto further reducing drive, come more and more often Internal combustion engines to be used with a lean mixture be driven. It is between two basic Be Differentiated modes of operation. In the lower load range, the Internal combustion engine with a strongly layered cylinder operation and high excess air (stratified charge mode). This is due to a late injection just before ignition time reached. The internal combustion engine is under Avoidance of throttle losses largely unthrottled drove. To reduce the raw NOx emission, a high Ab gas recirculation rate sought.
Im oberen Lastbereich wird die Brennkraftmaschine mit homoge ner Zylinderladung betrieben. Die Einspritzung erfolgt be reits während des Ansaugvorganges, um eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft zu erhalten. Die angesaugte Luftmasse wird entsprechend dem Drehmomentwunsch des Fahrers über eine Drosselklappe eingestellt. Die benötigte Einspritzmenge wird aus der Luftmasse und der Drehzahl berechnet und über die Lambdaregelung korrigiert.In the upper load range, the internal combustion engine is homogeneous ner cylinder charge operated. The injection takes place riding during the suction process to ensure thorough mixing to get fuel and air. The air mass sucked in according to the driver's torque request via a Throttle valve set. The required injection quantity is calculated from the air mass and the speed and over the Lambda control corrected.
Zur Erfüllung der geforderten Abgasemissionsgrenzwerte ist bei solchen Brennkraftmaschinen eine spezielle Abgasnachbe handlung notwendig. Dazu werden NOx-Speicherkatalysatoren verwendet. Diese NOx-Speicherkatalysatoren sind aufgrund ih rer Beschichtung in der Lage, während einer Speicherphase, auch als Beladungsphase bezeichnet, NOx-Verbindungen aus dem Abgas zu adsorbieren, die bei magerer Verbrennung entstehen. Während einer Regenerationsphase werden die adsorbierten bzw. gespeicherten NOx-Verbindungen unter Zugabe eines Reduktions mittels in unschädliche Verbindungen umgewandelt. Als Reduk tionsmittel für magerbetriebene Otto-Brennkraftmaschinen kön nen CO, H2 und HC (Kohlenwasserstoffe) verwendet werden. Die se werden durch kurzzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem fetten Gemisch erzeugt und dem NOx- Speicherkatalysator als Abgaskomponenten zur Verfügung ge stellt, wodurch die gespeicherten NOx-Verbindungen im Kataly sator abgebaut werden.In such internal combustion engines, special exhaust gas aftertreatment is necessary to meet the required exhaust gas emission limit values. NOx storage catalysts are used for this. Due to their coating, these NOx storage catalytic converters are able to adsorb NOx compounds from the exhaust gas during a storage phase, also referred to as the loading phase, which arise during lean combustion. During a regeneration phase, the adsorbed or stored NOx compounds are converted into harmless compounds with the addition of a reducing agent. CO, H 2 and HC (hydrocarbons) can be used as reducing agents for lean-burn gasoline internal combustion engines. These are generated by brief operation of the internal combustion engine with a rich mixture and made available to the NOx storage catalytic converter as exhaust gas components, as a result of which the stored NOx compounds in the catalytic converter are broken down.
Der Speicherwirkungsgrad eines solchen NOx- Speicherkatalysators hängt von zahlreichen, in der Literatur beschriebenen Einflußgrößen ab. Eine primäre Einflußgröße stellt der Katalysatorbeladungsgrad dar. Mit zunehmender Dau er der Magerphase und daraus resultierenden Speicherung von NOx nimmt der Speicherwirkungsgrad kontinuierlich ab, so daß unter Berücksichtigung der Abgasgrenzwerte oder weiterer Be triebsbedingungen eine Umschaltung in den Fett- d. h. in den Regenerationsbetrieb notwendig wird.The storage efficiency of such a NOx Storage catalyst depends on numerous, in the literature described influencing factors. A primary influencing factor represents the degree of catalyst loading. With increasing duration he the lean phase and the resulting storage of NOx the storage efficiency decreases continuously, so that taking into account the exhaust gas limit values or other Be drive conditions a switch to the fat d. H. in the Regeneration operation becomes necessary.
Die Beladung des NOx-Speicherkatalysators erfolgt vorzugswei se bis zu einer festgelegten Beladungsmenge. Diese Menge kann aus der NOx-Rohemission im Rohabgas berechnet werden. Dazu ist es nötig, diese NOx-Rohemission möglichst genau zu be stimmen. Die NOx-Rohemission kann dabei mittels eines Rechen modells bestimmt werden.The NOx storage catalyst is preferably loaded up to a specified load. This amount can can be calculated from the raw NOx emission in the raw exhaust gas. To it is necessary to measure this raw NOx emission as precisely as possible voices. The raw NOx emission can be calculated using a rake be determined.
Bekannte Lösungen dieses Problems basieren auf einer in ihrer Art variierenden Modellrechnung zur Ermittlung der aktuellen Beladung und des Regenerationsmittelbedarfs bzw. der Regene rationsdauer, wobei die Güte des Modells (Struktur und Kali bration) die Güte der Lösung des oben beschriebenen Problems vorgibt (z. B. DE 195 17 168 A1). Known solutions to this problem are based on one in their Type of varying model calculation to determine the current Loading and the need for regeneration agents or the rain duration, the quality of the model (structure and potash bration) the quality of the solution to the problem described above specifies (e.g. DE 195 17 168 A1).
Aus der EP 0 597 106 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators bekannt, bei dem die vom NOx- Speicherkatalysator adsorbierte Menge an NOx-Verbindungen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine berech net wird. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Grenzmenge von im NOx-Speicherkatalysator gespeichertem NOx wird eine Regenerationsphase eingeleitet. Auf diese Weise ist jedoch ein zuverlässiges Einhalten der Abgasemissionsgrenzwerte nicht immer gewährleistet.EP 0 597 106 A1 describes a method for regeneration of a NOx storage catalytic converter, in which the NOx Storage catalyst adsorbed amount of NOx compounds in Calculate dependency on operating data of the internal combustion engine is not. When a predetermined limit is exceeded of NOx stored in the NOx storage catalytic converter becomes one Regeneration phase initiated. This way, however a reliable compliance with the exhaust emission limit values not always guaranteed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu geben, mit dem auf einfache Weise die NOx-Rohemission einer mit Luftüberschuß betreibbaren Brennkraftmaschine im Schicht ladebetrieb bestimmt werden kann.The invention has for its object to provide a method with which the raw NOx emission of a internal combustion engine that can be operated with excess air in the shift charging operation can be determined.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features of patent claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are shown in specified in the subclaims.
Theoretisch ist die Drosselklappe im Schichtladebetrieb voll ständig geöffnet. Um anderen Fahrzeugkomponenten, wie z. B. der Tankentlüftungsanlage, Unterdruck im Ansaugsystem zur Verfügung zu stellen oder um die Verbrennung zu stabilisieren und die Laufunruhe zu minimieren, ist allerdings eine Andros selung der Ansaugluft nötig. Diese Änderung des Drosselklap penwinkels beeinflußt die Zylinderfüllung und die NOx- Rohemission. Auch die Ansauglufttemperatur beeinflußt durch ihre von der Temperatur abhängige Dichte über eine Verände rung der Zylinderfüllung die NOx-Rohemission.Theoretically, the throttle valve is full in stratified charge mode always open. To other vehicle components such. B. the tank ventilation system, negative pressure in the intake system To make available or to stabilize the combustion and minimizing uneven running is an Andros selection of the intake air necessary. This change in throttle valve penwinkels affects the cylinder charge and the NOx Raw emission. The intake air temperature is also influenced by their temperature dependent density over a change cylinder filling the raw NOx emission.
Um eine möglichst genaue Annäherung der modellierten NOx- Rohemission an die tatsächliche NOx-Rohemission zu erreichen, wird die Androsselung sowie die Ansauglufttemperatur inner halb eines Rechenmodells zur Bestimmung der NOx-Rohemission quantitativ berücksichtigt. In order to approximate the modeled NOx Raw emission to achieve the actual raw NOx emission, the throttling and the intake air temperature become internal half of a calculation model for determining the raw NOx emission taken into account quantitatively.
Die Basis-NOx-Rohemission im Schichtladebetrieb der Brenn kraftmaschine wird aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Kraftstoffmasse und der Motordrehzahl gewonnen. Dieser Basis wert wird mit einem Korrekturwert, der in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur bestimmt wird, korrigiert. Der so erhaltene Wert wird wiederum mit einem Korrekturwert in Ab hängigkeit von der Motordrehzahl und der Abgasrückführrate korrigiert. Die Berücksichtigung der Androsselung im Schicht ladebetrieb erfolgt durch einen weiteren Korrekturfaktor, der in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der tatsächlichen Ansaugluftmasse und einer Referenzansaugluftmasse ermittelt wird. Die tatsächliche Ansaugluftmasse wird gemessen, die Re ferenzansaugluftmasse entspricht der Ansaugluftmasse, die bei definierten Umgebungsbedingungen und vollständig geöffneter Drosselklappe meßbar ist. Sie ist weiterhin von der Motor drehzahl abhängig.The basic NOx raw emission in the stratified charge mode of the Brenn engine is made from a map depending on the Fuel mass and engine speed won. That base value with a correction value that depends on the intake air temperature is determined, corrected. The way value obtained is in turn with a correction value in Ab dependence on the engine speed and the exhaust gas recirculation rate corrected. Taking into account throttling in the shift charging is carried out by another correction factor, the depending on the relationship between the actual Intake air mass and a reference intake air mass determined becomes. The actual intake air mass is measured, the Re ferenzansaug Air mass corresponds to the intake air mass at defined environmental conditions and fully open Throttle valve is measurable. She is still out of the engine speed dependent.
Durch zusätzliche Berücksichtigung der Drosselklappenstellung und der Ansauglufttemperatur bei der Modellierung der NOx- Rohemission im Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine kann der Wert für die NOx-Rohemission mit hoher Genauigkeit ermit telt werden, was wiederum z. B. eine genaue Bestimmung des Be ladungsgrades des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht.Through additional consideration of the throttle valve position and the intake air temperature when modeling the NOx Raw emissions in stratified charge mode of the internal combustion engine can the value for the raw NOx emission with high accuracy be telt, which in turn z. B. an exact determination of the loading degree of charge of the NOx storage catalyst enabled.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the Drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi ne mit einem NOx-Speicherkatalysator, Fig. 1 is a schematic representation of a Brennkraftmaschi ne with a NOx storage catalyst,
Fig. 2 eine Blockdarstellung zur Ermittlung der NOx- Rohemission im Schichtladebetrieb der Brennkraftma schine. Fig. 2 is a block diagram for determining the raw NOx emission in stratified charge mode of the internal combustion engine.
Die Fig. 1 zeigt in grob schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung, die abhän gig von Betriebsparametern sowohl mit homogenem Gemisch als auch mit geschichteter Ladung betreibbar ist und eine Vor richtung zur Abgasrückführung aufweist. Aus Gründen der Über sichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesonde re ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftma schine dargestellt. Fig. 1 shows a rough schematic representation of an internal combustion engine with gasoline direct injection, which is operable depending on operating parameters both with a homogeneous mixture and with stratified charge and has an on device for exhaust gas recirculation. For reasons of clarity, only those parts are drawn that are necessary for understanding the invention. In particular, only one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine is shown.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Kolben bezeichnet, der in einem Zylinder 11 einen Verbrennungsraum 12 begrenzt. In den Verbrennungsraum 12 mündet ein Ansaugkanal 13, durch den ge steuert durch ein Einlaßventil 14 die Verbrennungsluft in den Zylinder 11 strömt. Gesteuert durch ein Auslaßventil 15 zweigt vom Verbrennungsraum 12 ein Abgaskanal 16 ab, in des sen weiterer Verlauf ein Sauerstoffsensor in Form einer breitbandigen (linearen) Lambdasonde 17 und ein NOx- Speicherkatalysator 18 angeordnet ist.Reference number 10 denotes a piston which delimits a combustion chamber 12 in a cylinder 11 . In the combustion chamber 12 opens an intake duct 13 through which controls the combustion air flows into the cylinder 11 through an inlet valve 14 . Controlled by an exhaust valve 15 , an exhaust duct 16 branches off from the combustion chamber 12 , in the further course of which an oxygen sensor in the form of a broadband (linear) lambda probe 17 and a NOx storage catalytic converter 18 are arranged.
Mit dem Signal der Lambdasonde 17 wird die Luftzahl entspre chend den Sollwertvorgaben in den verschiedenen Betriebsbe reichen der Brennkraftmaschine geregelt. Diese Funktion über nimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung, die vorzugsweise in eine Steuerungseinrichtung 21 der Brennkraft maschine integriert ist.With the signal from the lambda probe 17 , the air ratio is regulated in accordance with the setpoint values in the various operating ranges of the internal combustion engine. This function takes over a known lambda control device, which is preferably integrated in a control device 21 of the internal combustion engine.
Zur Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches der Brennkraftma schine im optimalen Lambda-Fenster während des stöchiometri schen Betriebs ist das Signal eines nach dem NOx- Speicherkatalysator 18 angeordneten Sauerstoffmeßaufnehmers 32 als Führungssonde erforderlich. Als Sauerstoffmeßaufnehmer 32 dient vorzugsweise eine binäre Lambdasonde (2-Punkt- Lambdasonde) auf der Basis von Zirkonoxid ZrO2, die bei einem Lambdawert λ = 1 bezüglich ihres Ausgangssignales eine Sprungcharakteristik aufweist. Dieses Sondensignal der nach dem NOx-Speicherkatalysator 18 angeordneten Lambdasonde 32 wird auch zur Steuerung der Speicherregeneration und zur Ad aption von Modellgrößen wie z. B. der Sauerstoff- bzw. NOx- Speicherkapazität eingesetzt. Alternativ zu dem als Führungs sonde dienenden Sauerstoffmeßaufnehmer 32 kann auch ein NOx- Sensor verwendet werden.To control the fuel / air mixture of the internal combustion engine in the optimal lambda window during stoichiometric operation, the signal of an oxygen sensor 32 arranged after the NOx storage catalytic converter 18 is required as a guide probe. A binary lambda probe (2-point lambda probe) based on zirconium oxide ZrO 2 , which has a step characteristic with regard to its output signal with a lambda value λ = 1, is preferably used as the oxygen sensor 32 . This probe signal of the lambda probe 32 arranged after the NOx storage catalytic converter 18 is also used to control the storage regeneration and to adapt model sizes such as, for. B. the oxygen or NOx storage capacity used. As an alternative to the oxygen sensor 32 serving as a guide probe, a NOx sensor can also be used.
Die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 18, die zur ver brauchs- und emissionsoptimalen Steuerung des Abgasnachbe handlungssystems erforderlich ist, wird mittels eines Tempe raturmodells aus dem Sensorsignal eines Temperatursensors 33 errechnet. Basierend auf diesem Meßsignal werden auch Kataly satorheiz- bzw. Katalysatorschutzmaßnahmen eingeleitet. Al ternativ hierzu kann die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators 15 auch direkt gemessen werden, indem ein Temperatursensor unmittelbar im Gehäuse desselben ange ordnet wird.The temperature of the NOx storage catalytic converter 18 , which is required for the consumption and emission-optimized control of the exhaust gas after-treatment system, is calculated by means of a temperature model from the sensor signal of a temperature sensor 33 . Based on this measurement signal, catalyst heating or catalyst protection measures are also initiated. Alternatively, the temperature of the NOx storage catalytic converter 15 can also be measured directly by arranging a temperature sensor directly in the housing thereof.
Der NOx-Speicherkatalysator dient dazu, um in Betriebsberei chen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschich tung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas.The NOx storage catalytic converter is used to keep in operation with lean combustion meet the required exhaust gas limit values to be able to comply. It adsorbs due to its coating the NOx compounds generated during lean combustion in the exhaust gas.
Um die speziell bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinsprit zung und Schichtladebetrieb auftretenden NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, ist eine Abgasrückführvor richtung vorgesehen. Durch Zumischen von Abgas zur angesaug ten Frischluft wird die Verbrennungs-Spitzentemperatur ge senkt, wodurch die temperaturabhängige Stickoxidemission re duziert wird. Zum Rückführen eines definierten Teilstromes des Abgases zweigt deshalb vom Abgaskanal 16 in Strömungs richtung des Abgases gesehen vor dem NOx-Speicherkatalysator 18 eine Abgasrückführleitung 19 ab, die stromabwärts einer Drosselklappe 20 in den Ansaugkanal 13 mündet. Die Menge des rückgeführten Abgases wird durch das Verändern des Tastver hältnisses EGR_RATIO eines von der elektronischen Steuerungs einrichtung 21 ausgegebenen Signales für ein ansteuerbares Ventil 22, in der Regel als Abgasrückführventil bezeichnet, eingestellt. An exhaust gas recirculation device is provided in order to reduce the NOx emissions of the internal combustion engine, particularly in internal combustion engines with direct injection and stratified charge operation. By adding exhaust gas to the fresh air drawn in, the peak combustion temperature is reduced, which reduces the temperature-dependent nitrogen oxide emissions. To return a defined partial flow of the exhaust gas branches off from the exhaust gas duct 16 in the flow direction of the exhaust gas seen in front of the NOx storage catalytic converter 18, an exhaust gas recirculation line 19 which opens downstream of a throttle valve 20 into the intake duct 13 . The amount of the recirculated exhaust gas is adjusted by changing the duty ratio EGR_RATIO of a signal output by the electronic control device 21 for a controllable valve 22 , generally referred to as an exhaust gas recirculation valve.
Die zur Verbrennung im Zylinder 11 notwendige Frischluft strömt über ein nichtdargestelltes Luftfilter und einen Luft massenmesser 23 in den Ansaugtrakt 13 zu der Drosselklappe 20. Bei dieser Drosselklappe 20 handelt es sich um ein elek tromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas-System), des sen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch) auch unabhängig davon über Signale der elek tronischen Steuerungseinrichtung 21 einstellbar ist. Damit lassen sich beispielsweise störende Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs beim Gasgeben und -wegnehmen genauso reduzieren wie Drehmomentsprünge beim Übergang vom Betrieb mit homogenem Ge misch zum Betrieb mit geschichteter Ladung und ungedrosseltem Luftweg. Zugleich wird zur Überwachung ein Signal für die Stellung der Drosselklappe 20 an die Steuerungseinrichtung 21 abgegeben.The fresh air necessary for combustion in the cylinder 11 flows via an air filter (not shown) and an air mass meter 23 into the intake tract 13 to the throttle valve 20 . This throttle valve 20 is an electric motor-controlled throttle member (E-gas system), the opening cross-section of which, in addition to being actuated by the driver (driver's request), can also be set independently thereof via signals from the electronic control device 21 . This can, for example, reduce disturbing load change reactions of the vehicle when accelerating and decelerating, as well as torque jumps during the transition from operation with a homogeneous mixture to operation with stratified cargo and unrestricted air flow. At the same time, a signal for the position of the throttle valve 20 is output to the control device 21 for monitoring.
Ein Temperatursensor 24 erfaßt die Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal 13 der Brennkraftmaschine und gibt ein ent sprechendes Signal TIA an die Steuerungseinrichtung 21 ab. Der Temperatursensor 24 kann in einer bevorzugten Ausfüh rungsform in den Luftmassenmesser 23 integriert sein.A temperature sensor 24 detects the temperature of the intake air in the intake duct 13 of the internal combustion engine and outputs a corresponding signal TIA to the control device 21 . In a preferred embodiment, the temperature sensor 24 can be integrated into the air mass meter 23 .
In den Verbrennungsraum 12 ragt eine Zündkerze 25 und ein Einspritzventil 26, durch das entgegen den Kompressionsdruck im Verbrennungsraum 12 Kraftstoff eingespritzt werden kann. Die Förderung und Bereitstellung des Kraftstoffes für dieses Einspritzventil 26 erfolgt durch ein bekanntes Kraftstoffver sorgungssystem für Benzin-Direkteinspritzung, wobei von dem zugehörigen Kraftstoffkreislauf lediglich ein Hochdruckspei cher 27 dargestellt ist, an den die einzelnen Einspritzventi le angeschlossen sind.A spark plug 25 and an injection valve 26 protrude into the combustion chamber 12 and can be used to inject fuel against the compression pressure in the combustion chamber 12 . The promotion and provision of the fuel for this injection valve 26 is carried out by a known fuel supply system for gasoline direct injection, only one high-pressure accumulator 27 being shown from the associated fuel circuit, to which the individual injection valves are connected.
Ein Temperatursensor 28 erfaßt ein der Temperatur der Brenn kraftmaschine entsprechendes Signal, beispielsweise über eine Messung der Kühlmitteltemperatur. Die Drehzahl N der Brenn kraftmaschine wird mit Hilfe eines Markierungen der Kurbel welle oder eines mit ihr verbundenen Geberrades abtastenden Sensors 29 erfaßt. Beide Signale werden der Steuerungsein richtung 21 zur weiteren Verarbeitung, u. a. zur Steuerung der Brennkraftmaschine hinsichtlich der zu wählenden Steuerstra tegie - homogenes Gemisch oder geschichtetes Gemisch - zuge führt.A temperature sensor 28 detects a signal corresponding to the temperature of the internal combustion engine, for example by measuring the coolant temperature. The speed N of the internal combustion engine is detected with the help of a markings of the crankshaft or a sensor 29 which is connected to it. Both signals are the control device 21 for further processing, including for controlling the internal combustion engine with respect to the tax strategy to be selected - homogeneous mixture or stratified mixture - supplied.
Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftma schine benötigt werden, wie beispielsweise Gaspedalstellung, Drosselklappenstellung, Signale von Klopfsensoren, Batterie spannung, Fahrdynamik-Anforderungen usw. sind ebenfalls der Steuerungseinrichtung 21 zugeführt und sind allgemein in der Figur mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Über die be reits erwähnten Parameter wird in der Steuerungseinrichtung 21 durch Abarbeiten abgelegter Steuerungsroutinen u. a. der Lastzustand der Brennkraftmaschine erkannt, die NOx- Rohemission der Brennkraftmaschine und der Beladungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Auch werden die Parameter derart aufbereitet und weiterverarbeitet, daß bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine u. a. eine Umschal tung vom Betrieb mit homogenem Gemisch auf Betrieb mit Schichtladung und umgekehrt durchgeführt und/oder eine Rück führung von Abgas eingeleitet werden kann.Further control parameters that are required for operating the internal combustion engine, such as, for example, accelerator pedal position, throttle valve position, signals from knock sensors, battery voltage, driving dynamics requirements, etc. are also supplied to the control device 21 and are generally identified in the figure by the reference symbol 30 . Via the parameters already mentioned, the load state of the internal combustion engine, the raw NOx emission of the internal combustion engine and the degree of loading of the NOx storage catalytic converter are determined in the control device 21 by processing stored control routines. The parameters are also prepared and processed in such a way that, under certain operating conditions of the internal combustion engine, a switchover from operation with a homogeneous mixture to operation with stratified charge and vice versa can be carried out and / or exhaust gas can be introduced.
Ferner ist die Steuerungseinrichtung 21 mit einer Spei chereinrichtung 31 verbunden, in dem u. a. verschiedene Kenn felder KF1-KF4, sowie Werte für eine Referenzansaugluftmasse LMM gespeichert sind, deren jeweilige Bedeutung anhand der Beschreibung der nachfolgenden Figur noch näher erläutert wird.Furthermore, the control device 21 is connected to a storage device 31 , in which various characteristic fields KF1-KF4 and values for a reference intake air mass LMM are stored, the respective meaning of which is explained in more detail with reference to the description of the following figure.
Die Fig. 2 veranschaulicht anhand einer Blockdarstellung die Struktur zur Ermittlung der NOx-Rohemission der Brennkraftma schine im Schichtladebetrieb. Fig. 2 illustrates with reference to a block diagram of the structure for determining the NOx raw emission of the internal combustion machine in the stratified charge operation.
Die Kraftstoffmasse MFF und die Drehzahl N der Brennkraftma schine charakterisieren den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und sind deshalb Eingangsgrößen eines Kennfeldes KF1. Abhängig von den Werten dieser Eingangsgrößen wird aus dem Kennfeld KF1 ein Basiswert für die NOx- Rohemission NOX_B, beispielsweise in der Einheit mg/s ausge lesen. Die Kraftstoffmasse MFF kann dabei aus den Werten für die Öffnungsdauer, des Durchsatzes und/oder des Druckes am Einspritzventil abgeleitet werden. Die Drehzahl N der Brenn kraftmaschine wird mit Hilfe des Drehzahlsensors 29 erfaßt.The fuel mass MFF and the speed N of the internal combustion engine characterize the instantaneous operating point of the internal combustion engine and are therefore input variables of a map KF1. Depending on the values of these input variables, a base value for the raw NOx emission NOX_B, for example in the unit mg / s, is read out from the map KF1. The fuel mass MFF can be derived from the values for the opening duration, the throughput and / or the pressure at the injection valve. The speed N of the internal combustion engine is detected with the aid of the speed sensor 29 .
Das Temperaturniveau, bei dem die Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine abläuft, wird im wesentlichen von der An sauglufttemperatur, der Abgasrückführrate und dem Luftmassen strom beeinflußt.The temperature level at which the combustion in the cylinder of the Internal combustion engine expires, essentially from the An suction air temperature, the exhaust gas recirculation rate and the air masses current influenced.
Der aus dem Kennfeld KF1 erhaltene Basiswert der NOx- Rohemission NOX_B wird deshalb mit einem ersten Korrekturfak tor FAC_TIA, der in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur TIA bestimmt wird, korrigiert. Hierzu wird zu dem jeweiligen Wert der Ansauglufttemperatur TIA ein entsprechender Wert für den Korrekturfaktor FAC_TIA aus einem Kennfeld KF2 ausgele sen. Die Ansauglufttemperatur TIA wird mittels des Tempera tursensors 24 erfaßt oder aus dem Wert der Umgebungstempera tur abgeleitet, beispielsweise über eine Modellbildung.The base value of the raw NOx emission NOX_B obtained from the map KF1 is therefore corrected with a first correction factor FAC_TIA, which is determined as a function of the intake air temperature TIA. For this purpose, a corresponding value for the correction factor FAC_TIA is read from a map KF2 for the respective value of the intake air temperature TIA. The intake air temperature TIA is detected by means of the temperature sensor 24 or derived from the value of the ambient temperature, for example by modeling.
Der so erhaltene korrigierte Basiswert für die NOx- Rohemission wird mit einem weiteren Korrekturfaktor FAC_EGR multipliziert, der aus einem Kennfeld KF3 ausgelesen wird. Der Einfluß der Abgasrückführrate ist bei gegebenem Wert für die Abgasrückführrate EGR_RATIO nicht konstant über der Dreh zahl N. Aus diesem Grund wird der Drehzahleinfluß beim Ausle sen aus dem Kennfeld KF3 berücksichtigt. Der Wert für die Ab gasrückführrate EGR_RATIO kann dabei aus der Stellung des Öffnungsorgans des Abgasrückführventils 22 abgeleitet werden.The corrected base value for the raw NOx emission obtained in this way is multiplied by a further correction factor FAC_EGR, which is read out from a map KF3. The influence of the exhaust gas recirculation rate is not constant above the speed N for a given value for the exhaust gas recirculation rate EGR_RATIO. For this reason, the speed influence is taken into account when reading from the map KF3. The value for the exhaust gas recirculation rate EGR_RATIO can be derived from the position of the opening member of the exhaust gas recirculation valve 22 .
Die Berücksichtigung der Androsselung im Schichtladebetrieb
erfolgt durch einen weiteren Korrekturfaktor FAC_LM, der in
Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen der tatsächlichen An
saugluftmasse LM und einer Referenzansaugluftmasse LMM ermit
telt wird. Die tatsächliche Ansaugluftmasse LM wird mittels
des Luftmassenmessers 23 gemessen, die Referenzansaugluftmasse
LMM entspricht der Ansaugluftmasse, die bei definierten
Umgebungsbedingungen und vollständig geöffneter Drosselklappe
20 ermittelt wird. Die, insbesondere von der Drehzahl N ab
hängigen Werte für die Referenzansaugluftmasse LMM sind eben
falls in der Speichereinrichtung 31 abgelegt. Das Verhältnis
zwischen der tatsächlichen Ansaugluftmasse LM und der Refe
renzansaugluftmasse LMM wird bestimmt zu:
The throttling in stratified charge mode is taken into account by a further correction factor FAC_LM, which is determined as a function of the relationship between the actual intake air mass LM and a reference intake air mass LMM. The actual intake air mass LM is measured by means of the air mass meter 23 , the reference intake air mass LMM corresponds to the intake air mass which is determined under defined ambient conditions and with the throttle valve 20 fully open. The values, in particular dependent on the rotational speed N, for the reference intake air mass LMM are also stored in the storage device 31 . The ratio between the actual intake air mass LM and the reference intake air mass LMM is determined as follows:
Dieses Verhältnis FAC ist Eingangsgröße für ein Kennfeld KF4, in dem der Zusammenhang zwischen diesem Verhältnis FAC und dem Korrekturfaktor FAC_LM abgelegt ist. Auch dieser Korrek turfaktor FAC_LM wird multiplikativ bei der Modellierung des der NOx-Rohemission eingerechnet.This ratio FAC is the input variable for a map KF4, in which the relationship between this relationship FAC and the correction factor FAC_LM is stored. This correction too The door factor FAC_LM becomes multiplicative when modeling the the raw NOx emission included.
Die einzelnen Korrekturfaktoren lassen sich zu einem gesamten
Korrekturfaktor FAC_GES zusammenfassen, wobei gilt:
The individual correction factors can be combined to form an overall correction factor FAC_GES, whereby the following applies:
FAC_GES = FAC_TIA.FAC_EGR.FAC_LM.FAC_GES = FAC_TIA.FAC_EGR.FAC_LM.
Am Ende dieser Korrekturkette steht ein Wert NOX_COR für die NOX Rohemission zur Verfügung, der beispielsweise zur genauen Ermittlung des Beladungsgrades des NOx-Speicherkatalysators 18 verwendet werden kann.At the end of this correction chain, a value NOX_COR is available for the raw NOX emission, which can be used, for example, for the exact determination of the degree of loading of the NOx storage catalytic converter 18 .
Claims (5)
- 1. wobei die Brennkraftmaschine einen im Abgaskanal (16) ange ordneten NOx-Speicherkatalysator (18), eine Abgasrückführ vorrichtung (19, 22) zum Rückführen von Abgas in einen An saugkanal (13) und eine Drosseleinrichtung (20) zum gedros selten Betrieb der Brennkraftmaschine aufweist und
- 2. die NOx-Rohemission aus Betriebsparametern der Brennkraftma schine ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- 3. im Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine ein Basiswert für die NOx-Rohemission (NOX_B) abhängig von der in die Zy linder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmasse (MFF) und der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine bestimmt wird,
- 4. der Basiswert für die NOx-Rohemission (NOX_B) mit einem Kor rekturfaktor (FAC_GES) beaufschlagt wird, der den Einfluß der Abgasrückführrate (EGR_RATIO), der Ansauglufttemperatur (TIA) und die Stellung (FAC) der Drosseleinrichtung (20) im Schichtladebetrieb berücksichtigt.
- 1. wherein the internal combustion engine one in the exhaust gas channel ( 16 ) arranged NOx storage catalyst ( 18 ), an exhaust gas recirculation device ( 19 , 22 ) for returning exhaust gas in a suction channel ( 13 ) and a throttle device ( 20 ) for the rarely operation Internal combustion engine and
- 2. the raw NOx emission is determined from operating parameters of the internal combustion engine, characterized in that
- 3. in stratified charge mode of the internal combustion engine, a base value for the raw NOx emission (NOX_B) is determined as a function of the fuel mass (MFF) injected into the cylinder of the internal combustion engine and the speed (N) of the internal combustion engine,
- 4. the base value for the raw NOx emission (NOX_B) is subjected to a correction factor (FAC_GES) which takes into account the influence of the exhaust gas recirculation rate (EGR_RATIO), the intake air temperature (TIA) and the position (FAC) of the throttle device ( 20 ) in stratified charge mode .
- 1. einem Korrekturfaktor (FAC_TIA), der die Temperatur der An saugluft (TIA) beinhaltet,
- 2. einem Korrekturfaktor (FAC_EGR), der die Abgasrückführrate (EGR_RATIO) der Brennkraftmaschine beinhaltet,
- 3. einem Korrekturfaktor (FAC_LM), der das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Ansaugluftmasse (LM) und einer Referenzan saugluftmasse (LMM) durch die Drosselvorrichtung (20) bein haltet.
- 1. a correction factor (FAC_TIA), which includes the temperature of the intake air (TIA),
- 2. a correction factor (FAC_EGR), which includes the exhaust gas recirculation rate (EGR_RATIO) of the internal combustion engine,
- 3. a correction factor (FAC_LM), which contains the ratio between the actual intake air mass (LM) and a reference intake air mass (LMM) by the throttle device ( 20 ).
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