DE3830687A1 - Kalibrierverfahren fuer einen regler zur regelung des luftverhaeltnisses von gasmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Luftverhältnisses für Verbrennungsmaschinen, wobei das Brennstoff-Luftgemisch in Abhängigkeit eines Luftverhältnis- Sollwertes geregelt wird.

Zur Einhaltung von Grenzwerten für von Verbrennungsmaschinen emitierten Schadstoffen ist es insbesondere bei stationären Verbrennungsmotoren bekannt, diese so mager zu betreiben, daß durch die niedrige Prozeßspitzentemperatur die NO-Ent­ stehung bei der Verbrennung vermindert wird. Dabei liegt das Luftverhältnis sehr nahe an der Zündgrenze des Gemisches, so daß sich oft bei Abweichungen des angestrebten Luftver­ hältnisses aussetzende Verbrennungen mit stoßartiger Belastung des Triebwerks ergeben, wenn das Luftverhältnis sich in Richtung "mager" verschiebt. Andererseits führt eine Abweichung des Luftverhältnisses in Richtung "fett" zum Überschreiten der zulässigen NO _x -Emission.

Um derartige Abweichungen zu verhindern, ist es bekannt, sogenannte Lambda-Regler einzusetzen, die in Abhängigkeit des Signals einer Sauerstoffsonde den Sauerstoffanteil im Abgas regeln.

Wie andererseits bekannt ist, wird aber die Zündgrenze eines Gemisches und die NO _x -Emission nicht nur vom Sauerstoff­ anteil im Abgas bestimmt. Ferner sind die konventionellen Lambdasonden im Magerbereich abhängig vom Abgasdruck an der Einbaustelle, was bei Teillast und Anlagen mit gemeinsamen Abgasverrohrungen zu einer beträchtlichen Änderung des Regelergebnisses führen kann.

In der praktischen Anwendung kann es aus den vorstehend dargelegten Gründen vor allem bei der Verwendung von Deponie- oder Klärgasen mit stark schwankender Zusammen­ setzung im Dauerbetrieb oder zu Zündaussetzern bzw. erhöhter NO _x -Emission kommen.

Selbst bei relativ konstanter Gaszusammensetzung (Erdgas­ betrieb) müßten die am Prüfstand erreichten Leistungen für den Dauerbetrieb reduziert werden, um die NO _x -Grenzwerte mit einem ausreichenden Abstand zur Zündaussetzergrenze ein­ halten zu können. Alterung der Lambdasonde sowie andere Faktoren spielen hier eine große Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Grenzwerte der Schadstoffemission durch Einregelung eines mageren Brennstoffgemisches auf Dauer eingehalten werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Danach wird das Brennstoff-Luftgemisch automatisch zur mageren Grenze hin eingeregelt, wobei die Grenze durch ein Zündaussetzsignal bestimmt wird. Damit ist es möglich, das Brennstoff-Luftgemisch, ohne äußere Einflüsse zu kennen bzw. berücksichtigen zu müssen, stets optimal einzustellen.

Der Motor wird dabei immer gerade so mager gefahren, daß noch keine Zündaussetzer auftreten, womit einerseits die niedrigst mögliche NO _x -Emission erreicht und außerdem sichergestellt wird, daß das Triebwerk nicht übermäßigen Belastungen ausgesetzt wird.

Die pendelnde Veränderung des Luftverhältnis-Sollwertes kann fortlaufend erfolgen, indem nach dem Erkennen eines Zündaussetzers und der Korrektur des Sollwertes in Richtung "fett" der Sollwert gleich wieder in Richtung "mager" ver­ ändert wird. Es ist aber auch möglich, zwischen der Herab­ setzung und der erneuten Anhebung des Sollwertes eine vorbe­ stimmte Zeitspanne verstreichen zu lassen. Letzteres ist insbesondere in den Fällen von Vorteil, in denen keine star­ ken bzw. raschen Änderungen des Systemzustandes zu erwarten sind, die einen Einfluß auf den Regelvorgang bzw. die Ein­ haltung des optimalen Regelzustandes haben können.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Einrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens, die durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet ist.

Lambda-Regler mit Regelsollwertgebern sind bekannt. Mit dem Sollwertgeber wird oft ein Korrekturprozeß des Sollwertes vorgenommen. Aus der DE-34 10 930 ist eine derartige Ein­ richtung bekannt, bei der der Luftverhältnis-Sollwert an die Temperaturverhältnisse in der Umgebung einer für den Reglungsvorgang vorgesehenen Lambda-Sonde anpaßt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dagegen der Regelsollwertgeber mit einem Gerät zur Erkennung von Zünd­ aussetzern verbunden und so ausgebildet, daß der Sollwert automatisch über die Zeit so verändert wird, daß das Gemisch in Richtung der Zündgrenze hin geregelt wird. Sobald das Zündaussetzer-Erkennungsgerät einen Zündaussetzer oder die Annäherung an diese Grenze meldet, wird der Sollwert in die Gegenrichtung um einen empirisch oder experimentell ermit­ telten Betrag verändert, womit das Brennstoff-Luftgemisch fetter eingestellt wird. Anschließend beginnt der Regler wieder den Sollwert kontinuierlich in Richtung "mager" zu verändern.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Diagramm der NO _x -Emission in Abhängigkeit des Luftverhältnisses λ gezeigt. Das Diagramm zeigt deut­ lich eine Abnahme der NO _x -Werte in Abgasen mit zunehmender Abmagerung des Gemisches, jedoch nimmt gleichzeitig die Zündfreudigkeit des Gemisches ab, so daß ab einem Höchst­ wert des Luftverhältnisses der in Fig. 2 mit g _max angegeben ist, das Gemisch nicht mehr einwandfrei zündet. Um einen Kompromiß zwischen geringer Schadstoffemission und möglichst geringer Belastung der Verbrennungsmaschine zu schaffen, ist eine Regelung des λ-Werts innerhalb eines engen Lambda­ fensters Δ λ erwünscht. In der Praxis machen viele Faktoren, wie Alterungserscheinungen der Sauerstoffsonde, Brenngaszu­ sammensetzung, Gemischtemperatur vor Verdichtungsbeginn, Zylinderwandtemperatur und andere die Einhaltung des er­ wünschten Wertes mit einem normalen Lambda-Regler unmöglich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden alle diese Fakto­ ren ausgeschaltet, indem die optimale Einstellung des Gemisches ständig in Abhängigkeit des Zündverhaltens des Gemisches empirisch kalibriert wird. Dabei wird das Lambda- Verhältnis ständig der Zündgrenze λ _max angenähert. Dieses erfolgt unter Verwendung eines konventionellen Lambda- Reglers 10 (Fig. 2), der mit einem entsprechenden Sollwert­ geber 11 ausgerüstet ist, der Signale 12 von einem Zünd­ aussetz-Erkennungsgerät 13 empfängt.

Der Regler 10 erhält Spannungssignale 14 von einer Lambda- Sonde 15, die die Regelistwerte bilden und in einem Differenz­ bildner 16 mit dem vom Sollwertgeber 11 ausgegebenen Regel­ sollwert 17 verglichen werden. Das daraus resultierende Stellsignal 18 wirkt auf einen Stellmotor 19 für die Brenn­ stoffzufuhr 20 einer Verbrennungsmaschine 21, in deren Abgassystem 22 die Lambda-Sonde 15 angebracht ist.

Der Sollwertgeber 11 ist so ausgestaltet und programmiert, daß er ausgehend von einem Anfangssollwert λ _o den Soll­ wert λ _s während des Betriebes der Verbrennungsmaschine anhebt (Pfeil 30, Fig. 1). Diese Anhebung erfolgt solange, bis aufgrund der abnehmenden Zündfähigkeit des Gemisches das Gerät 13 die Zündaussetzergrenze registiert. Von dem hierbei erreichten Höchstwert λ _max wird der Regelsollwert anschließend um einen Betrag λ _a (Pfeil 31, Fig. 1) wieder reduziert, um eine Regelung innerhalb des Zündaussetzbe­ reiches zu vermeiden.

Das Luftverhältnis bewegt sich dadurch periodisch in einem Bereich zwischen der Zündaussetzgrenze λ _max und einem Wert λ _min=λ _max-λ _a, der durch verschiedene Parameter beeinflußbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Brenn­ stoff-Luftgemisch in einem konstanten Abstand zur jeweiligen Zündgrenze des Gemisches zu halten, und zwar unabhängig von diversen Einflüssen, wie z. B. Brennstoffzusammensetzung, Gemischtemperatur vor Verdichtungsbeginn, Zylinderwand­ temperatur, Zustand der Sauerstoffsonde.

Zur Erkennung von Zündaussetzern können verschiedene Methoden angewandt werden. Mittels eines am Motorblock befestigten Klöppels läßt sich eine einfache Konstruktion erzielen, bei der der Klöppel bei einem größeren Ausschlag infolge eines Zündaussetzers ein elektrisches Signal abgibt.

Es kann aber auch ein Beschleunigungs-Aufnehmer am Motor­ block verwendet oder ein Drehzahlsignal genutzt und ent­ sprechend ausgewertet werden. Im allgemeinen können alle Größen genutzt werden, die aufgrund von Zündaussetzern eine markante Änderung erfahren, wie beim Zündkerzenausfall.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung des Brennstoff-Luftgemisches für Verbrennungsmaschinen, wobei das Brennstoff-Luft­ gemisch in Abhängigkeit eines Luftverhältnis-Soll­ wertes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftverhältnis-Sollwert (λ _s) zumindest in Abständen unter gleichzeitiger Überwachung des Zünd­ zustands selbsttätig angehoben wird, und daß bei Auftreten einer Zündaussetzung der Luftverhältnis- Sollwert um einen vorbestimmten Betrag (λ _a) herabge­ setzt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Lambda-Regler mit einem Regelsollwertgeber, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelsollwertgeber (11) ein Zündaussetzergerät (13) zugeordnet ist, und daß der Regelsollwertgeber so ausgestaltet und programmiert ist, daß der Regelsoll­ wert (λ _s) stetig angehoben wird und beim Empfangen eines Signals (12) des Zündaussetzergerätes (13) um einen vorgegebenen Betrag (λ _a) reduziert wird.