DE19961292C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung von Emissionsstreuungen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Die Emissionen von Fahrzeugen können streuen. Ursache hierfür sind neben Motor- und Fahrzeugeinflüssen auch Komponenten der Einspritzung und/oder der Abgasrückführung bzw. Abgasrückführregelung. Hinzu kommen Streuungen der Einspritzmassen beim Einspritzen von Auslass zu Auslass, Einspritzmassensignalfehler, Luftmassensensorfehler, mangelnde Gleichverteilung der Abgasrückführung usw.

Aus der DE 198 19 937 C1 ist eine Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist für jeden Brennraum ein Sensor und ein Stelleelement zur zylinderindividuellen Regelung der Abgasführrückführrate vorgesehen.

Desweiteren ist aus der DE 196 20 780 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur optimalen Auswahl von Abgasrückführsystemen für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen bekannt. Hierzu ist vorgesehen, dass bei einem Abgasrückführsystem, welches im Wesentlichen ein Abgassystem, ein Ansaugsystem und eine, diese beiden Systeme verbindende, Rückführleitung umfasst, mittels zylinderindividueller Sensoren im Abgassystem ein Restsauerstoffgehalt erfasst wird. Dessen Werte werden in einem Auswertesystem gespeichert und mit entsprechenden Werten eines veränderten Abgasrückführsystems iterativ so lange verglichen, bis ein optimales Abgasrückführsystem gefunden ist.

Aus der DE 29 11 209 A1 ist eine Einrichtung zum Regeln der Abgasrückführrate bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung bekannt. Dabei hängt die Stellung der Mischklappe von der Sauerstoffkonzentration des Luft-Abgas-Gemisches ab und wird auf einen bestimmten Wert geregelt. Die Sauerstoffkonzentration wird mit Hilfe einer Lambda-Sonde direkt vor den Einlaßventilen der Brennkraftmaschine oder in der Abgasrückführleitung gemessen.

Aus der DE 36 04 904 A1 ist eine Einrichtung zur Regelung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der bei Drehzahlschwankungen eine Verzögerung bzw. Phasenverschiebung kompensiert wird, die zwischen einem Ist- Wert und einem gemittelten Sollwert auftritt, wobei beide Werte einem Stellwerk für Einspritzung des Kraftstoffs in einen Zylinder zugeleitet werden.

Aus der DE 196 22 891 C2 geht ein Abgasrückführsystem hervor mit einer Abgasrückführleitung zwischen der Abgasleitung und der Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors, mit mindestens einem Abgasrückführventil in der Abgasrückführleitung. Ein Saugluftverteiler, der in der Ansaugleitung vorgesehen ist und die angesaugte Luft jedem Zylinder in zwei getrennten Saugleitungen zuführt.

Die Auslaß/Auslaß-Streuungen an den Einspritzventilen können durch das Verfahren der Laufruheregelung (LRR) oder das Verfahren der Mengenausgleichsregelung (MAR) ausgeregelt werden. Üblicherweise wird durch eine Mengenausgleichsregelung (MAR) und/oder die Laufruheregelung im Idealfall die Einspritzmengen für jeden Zylinder gleichgestellt. Werden den Zylindern dabei unterschiedliche Luftmassen zugeführt kann dies aber dazu führen, daß die Rußemission bei einzelnen Zylinder stark ansteigt

Emissionsstreuungen durch streuende Luft- oder Abgasmassen von Zylindern können durch das Prinzip der Mengenausgleichsregelung nicht ausgeregelt werden.

Dadurch, daß bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Steuergerät für Einspritzung oder/und Zündung, bei dem den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas aus einer Abgasleitung zuführbar ist, mittels wenigstens eines Sensor wenigstens ein Lambdawert, der einem Zylinder zugeordnet ist, ermittelt wird und ausgehend von einem Vergleich zwischen dem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße für ein Stellglied vorgebbar ist, das den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflußt können die Abgasemissionen deutlich reduziert werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise werden die Lambdawerte der einzelnen Zylinder gleichgestellt, daß heißt die Lambdawerte der einzelnen Zylinder werden auf einen Sollwert geregelt. Dies erfolgt durch die Beeinflussung der Sauerstoffmenge, die den Zylindern zugeführt wird. Wobei die Sauerstoffmenge mittels des Stellglieds, das den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflußt einstellbar ist. Als zugehörige Steller werden zylinderindividuelle Abgas- Rückkführventile verwendet.

Eine besonders genaue Regelung ergibt sich, wenn an jedem Zylinder ein Sensor zur Erfassung des Lambdawerts angeordnet ist. Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich, wenn lediglich ein Sensor zur Erfassung des Lambdawerts vorgesehen ist. Dieser Sensor sollte eine entsprechend gute Dynamik aufweisen, die es ermöglicht, das Signal den einzelnen Zylindern zuzuordnen. Diese bedeutet, dieser Zylinder liefert ein periodisches Signal, wobei jedem Zylinder ein bestimmter Zeitabschnitt zugeordnet ist.

Eine besonders genaue Steuerung ergibt sich, wenn das Verfahren mit einem Verfahren zur Laufruheregelung (LRR) bzw. einem Verfahren zur Mengenausgleichsregelung (MAR) kombiniert wird. Solche Verfahren bewirken eine Gleichstellung der Zylinder bezüglich ihres Drehzahlverhaltens, wobei jeder Zylinder das gleiche effektive Drehmoment abgibt, bzw. jedem Zylinder die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen wird. In dieser Kombination von Mengenausgleichsregelung und zylinderselektive Abgas- Rückführ-Regelung wird erreicht, daß die Fahrzeuge nicht schütteln und keine Emissionsstreuungen aufweisen.

Alternativ zur Messung des Lambdawerts kann auch eine Luftmassenmessung und/oder eine Messung des Ladedrucks mittels eines Sensors erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit Abgas-Rückführung für Vierventiler,

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit Abgas-Rückführung für Zweiventiler,

Fig. 3 ein regeltechnisches Prinzipschaltbild.

Die Fig. 1 zeigt mit dem Bezugszeichen 1 den Motorblock in verschiedenen Modifikationen. 1A zeigt den Motorblock als Vier-Ventil-Motor und 1B zeigt ihn als Zwei-Ventil-Motor. Luft 2 gelangt vom Ladeluftkühler über das Ladeluftverteilerrohr 3 bei Vier-Ventiler Motor in den Füllungskanal 5, 6 mit einer Drallklappe 4, wird am Abgasrückführventil 7, 17 mit dem Abgas gemischt, bevor es in den Brennraum gelangt. Luft, die über den Drallkanal 5 in den Brennraum gelangt wird nicht mit Abgas vermischt und geht direkt in den Brennraum. Von den Vier-Ventil-Motoren führen zwei Abgasleitungen zum Abgas-Krümmer und von dort zum Abgas-Rückführ-Kühler. Im Füllungskanal (6 + 5) ist eine Drallklappe (14) angeordnet. Die Modifikation A zeigt einen Vier-Ventil-Motor mit Abgasrückführung in den Füllungskanal, die Version B zeigt einen Vier-Ventil-Motor mit ARV in den Drallkanal, C in Fig. 2 zeigt einen Zwei-Ventil-Motor mit ARV.

Bei der Modifikation Vier-Ventil-Motor mit Abgasrückführungen in den Drallkanal zeigt der Ausbruch B das Abgasrückführventil im Drallkanal; im Füllungskanal ist eine Drallklappe angebracht.

Beim Zwei-Ventil-Motor gemäß Fig. 2 ist das Abgasrückführ- Ventil mit dem Ladeluftverteilerrohr und einer gekrümmten Leitung aus dem Abgasrohr verbunden. Aus dem Abgaskrümmer gelangt bei einer Brennkraftmaschine mit Lader Abgas in die Turbine, die den Verdichter treibt, der Luft ansaugt und dem Verdichter zuführt. Ausgangsseitig der Turbine wird Abgas ausgeblasen.

Ziel der Erfindung ist es, Emissionsstreuungen durch streuende Luft- oder Abgasmasse von Zylinder zu Zylinder auszuregeln. Bei unterschiedlichem Reib- oder Kompressionsverlusten kann auch die Mengenausgleichsregelung Einspritzmassenstreuungen produzieren. Streuungen können auch auftreten, wenn die Einspritzmasse oder Luftmasse (rückgeführte Abgasmasse) von Zylinder zu Zylinder schwanken. Damit einher geht zwangsläufig ein Streuen der Rußemission. Zylinderstreuungen im Lambdawert resultieren nicht nur in Streuungen der Rußemission, sondern hauptsächlich im Anheben der Rußemission. Im Lambda- Gleichgewichtsfall, das heißt der Lambdawert aller Zylinder ist gleich, treten die geringsten Rußemissionen auf.

Die Streuungen können vermieden werden, wenn das Abgas jedes Zylinders auf einen gleichen Lambdawert geregelt wird. Dazu sind beim Vier-Ventiler jedem Paar Auslaßventile eine Lambda-Sonde zugeordnet oder beim Zwei-Ventiler ist jedem Auslaßventil eine Lambda-Sonde zugeordnet.

Alternativ kann die Lambda-Sonde im Abgassammler angeordnet sein, wenn die Dynamik der Lambda-Sonde ausreicht, um den zylinderselektiven Lambdawert zu messen. Der Lambdasensor liefert den Ist-Wert für eine Regelschaltung oder einen Regelalgorithmus. Als weitere Ist-Wert-Größe kann die zylinderselektive Luftmassenmessung (HFM) bzw. der Ladedruck dienen.

Die Fig. 3 zeigt eine Steuerungs/Regelungsschaltung für die Lambda-Regelung der Abgaswerte. 20 ist der Lambdasensor, der auf die stöchiometrischen Bedingungen anspricht. Daneben sind bei 21 weitere Sensoren wie insbesondere für die Drehzahl oder den Fahrerwunsch dargestellt. Diese Sensorsignale werden in der Steuereinheit 27 verarbeitet. Insbesondere ist 23 ein Sollwert-Geber für die Lambda- Regelung, dessen Signal über einen Komparator 22 mit dem Lambdasensor 20 verknüpft ist und an einen Ausgang, einem Stellglied 25 für die Lambda-Regelung bei der Abgasrückführung dient. In der Steuereinheit 27 ist die Steuerung/Regelung 24 beinhaltet, bspw. für die Laufruheregelung. Von dort führt das Ansteuersignal an den Steller 26.

Als Steller wird jeder Einlaßkanal (Drall- oder Füllungskanal) bei Vier-Ventilern mit Drallniveauregelung mit einem Abgasrückführventil ausgerüstet. Bei Vier-Ventil- Motoren kann vorteilhaft die Drallklappe als Drosselklappe verwendet werden, um im Schwachlastbereich genügend Abgas über das Abgasrückführventil zu erreichen.

Die Stellung des Abgasrückführventils wird entweder proportional geregelt, oder das Abgasrückführventil hat einen schnellen Steller und wird zeitgesteuert geöffnet.

Als Steller dienen bei einem zentralen Abgasrückführventil die Drallklappen - oder, in einer alternativen Ausführung - das Einspritzsystem, um entsprechend der erfassten Zylinder/Zylinder Luftmassenstreuungen bzw. Luft/Kraftstoffverhältnisse die Einspritzmassen zylinderindividuell so zu regeln, daß eine Gleichstellung von Lambda erreicht wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Steuergerät für Einspritzung und/oder Zündung, wobei den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas aus einer Abgasleitung zuführbar ist, wobei mittels wenigstens eines Sensors zylinderselektive Lambdawerte ermittelt werden, wobei ausgehend von einem Vergleich zwischen dem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße für ein Stellglied vorgebbar ist, das den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflusst und dass ein Verfahren zur Laufruheregelung und/oder ein Verfahren zur Mengenausgleichsregelung vorgesehen ist, welches eine Gleichstellung der Zylinder bezüglich ihres Drehzahlverhaltens bewirkt, wobei jeder Zylinder das gleiche effektive Drehmoment abgibt oder jedem Zylinder die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen wird.

2. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Steuergerät für Einspritzung oder/und Zündung, wobei den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas aus einer Abgasleitung zuführbar ist, wobei mittels wenigstens eines Sensors zylinderselektive Lambdawerte ermittelt werden und dass Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von einem Vergleich zwischen dem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße für ein Stellglied vorgeben, das den Anteil an rückgeführtem Abgas beeinflusst und dass Mittel vorgesehen sind, die ein Verfahren zur Laufruheregelung und/oder ein Verfahren zur Mengenausgleichsregelung durchführen, welches eine Gleichstellung der Zylinder bezüglich ihres Drehzahlverhaltens bewirkt, wobei jeder Zylinder das gleiche effektive Drehmoment abgibt oder jedem Zylinder die gleiche Kraftstoffmenge zugemessen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Auslass jeden Zylinders ein Sensor zur Erfassung des Lambdawerts angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Sensor zur Erfassung des Lambdawerts vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftmassenmessung über einen Sensor zur Regelung des Abgases herangezogen wird, wobei das Signal des Sensors zur Luftmassenmessung als zylinderselektives Istwertsignal dient und/oder dass ein Ladedruck zylinderselektiv als Istwert heranziehbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlasskanal als Drall oder Füllungskanal mit einem Abgas-Rückführ-Regelungs-Ventil ausgestattet ist, wobei bei Vier-Ventil-Motoren die Drallklappe als Drosselklappe fungiert und als Stellglied dient.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zentralen Abgasrückführventil die (Z)-Drallklappen als Stellglied dienen.