EP1328716A1 - Brennkraftmaschine mit einer abgasrückführung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer abgasrückführung

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EP1328716A1
EP1328716A1 EP01976177A EP01976177A EP1328716A1 EP 1328716 A1 EP1328716 A1 EP 1328716A1 EP 01976177 A EP01976177 A EP 01976177A EP 01976177 A EP01976177 A EP 01976177A EP 1328716 A1 EP1328716 A1 EP 1328716A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
gas recirculation
determined
factor
engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01976177A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/60—Input parameters for engine control said parameters being related to the driver demands or status
    • F02D2200/606—Driving style, e.g. sporty or economic driving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1402—Adaptive control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • exhaust gas recirculation in which part of the exhaust gas flow is returned to the fuel-air mixture in the intake tract.
  • the exhaust gas recirculation means that the cylinders receive less fuel-air mixture even during stoichiometric operation. Since the recirculated exhaust gas flow does not take part in the combustion, the oxygen partial pressure and thus the combustion temperature are reduced. This results in up to 60% less nitrogen oxides during combustion.
  • the exhaust gas recirculation rate increases, both the unburned hydrocarbon content and the fuel consumption may increase. These factors determine the upper limit of the EGR rate.
  • the exhaust gas recirculation rate is therefore controlled via an exhaust gas recirculation valve as a function of operating variables such as engine temperature, load and engine speed (see also automotive engineering specialist, 26th edition, Verlag Europa-Lehrstoff, p. 311).
  • an adaptive exhaust gas recirculation in which the exhaust gas recirculation rate is controlled as a function of the driving dynamics of the driver.
  • an EGR target map stored in the control unit can be modulated with the help of a driving dynamics factor, such that the maximum target exhaust gas recirculation quantity is returned in the event of low dynamics, while the exhaust gas recirculation is completely dispensed with in the case of high dynamics.
  • FIG. 4 shows a schematic overall representation for determining an adaptive exhaust gas recirculation rate.
  • the air intake duct 2 and the outlet duct 12 are connected to one another via an exhaust gas recirculation line 20 16.
  • An exhaust gas recirculation valve 18 which controls the opening cross section of the exhaust gas recirculation line 16 and is controlled via an electropneumatic converter 20 is arranged in the exhaust gas recirculation line 16.
  • Fuel is injected via an injector 21 arranged in the intake duct 2 in the vicinity of the inlet valve 10, which is ignited together with the combustion air drawn in as a fuel / air mixture in the combustion chamber.
  • a control unit 22 is, inter alia, connected to the air mass meter 4, the throttle valve 6, the electropneumatic converter 20 and the injector 21.
  • the adaptive control of the exhaust gas recirculation rate is explained in more detail below.
  • the control unit 22 there is an exhaust gas recirculation map, hereinafter referred to as EGR Described map, stored, which is explained in more detail below.
  • the line a shown in FIG. 2 represents the torque limit line curve of the engine, below which the exhaust gas recirculation rate is regulated continuously.
  • the four curves b to e shown by way of example represent lines of the same exhaust gas recirculation rates in the full-load range, ie when the torque required as a function of the speed there is no external exhaust gas recirculation above line b.
  • the exhaust gas recirculation rate is regulated continuously between 0 and 10% of the total exhaust gas mass flow.
  • the exhaust gas recirculation rate is between 10 and 25%, while for torque values between curves d and e the exhaust gas recirculation rate increases up to 30%.
  • the maximum exhaust gas recirculation rate can reach up to 40%.
  • a driving dynamics Fd (t) is determined to determine an adaptive exhaust gas recirculation rate, which is dependent on the driving style of the driver or his traffic situation-related behavior.
  • a driving dynamics factor a long-term functional relationship is created from cyclically or anticyclically recorded current and past values of a single operating parameter or a single parameter composed of several operating parameters of a motor vehicle.
  • values of the throttle valve position ⁇ .t), the driving speed v (t), the lateral acceleration a q (t) and the speed n mot (t) are recorded in the seconds or milliseconds range and further values such as the Throttle valve change speed d ⁇ (t) / dt and the acceleration of the vehicle dv (t) / dt calculated
  • the determined and calculated values are linked to other operating variables via characteristic maps and assembled into an intermediate variable via a functional relationship, from which the sliding variable is used
  • Averaging which takes into account both the recalculated values and the past values for a long time, determines a driving dynamics Fd (t).
  • an exhaust gas recirculation factor F_AGR is determined by a characteristic curve (see FIG. 3) stored in the control unit 22 (see FIG. 3), the functional relationship of which was determined empirically, for example can also assume values between 0 and 1.
  • the exhaust gas recirculation rate determined from the target EGR map is multiplied by the exhaust gas recirculation factor F_AGR.
  • the exhaust gas recirculation valve 18 is then controlled via the control device 22 via the electropneumatic converter 20 in accordance with the determined adaptive exhaust gas recirculation rate AGR a dapt.
  • the functional relationship between driving dynamics factor Fd and exhaust gas recirculation factor F_AGR can also be modified or adapted.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung, bei der die Abgasabführung (12) mit dem Ansaugtrakt (2) über eine Abgasrückführungsleitung (16) verbunden ist, wobei die Abgasrückführrate mit Hilfe eines in der Abgasrückführleitung angeordneten Abgasrückführungsventils (18) über ein Sollkennfeld, in dem Motoreingangsgrößen, wie z.B. Motortemperatur, Last ofer Motordrehzahl berücksichtigt sind, bestimmt wird. Es wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung einer adaptiven Abgasrückführrate (AGRadapt) ein entsprechend dem Fahrstil des Fahrers oder dessen verkehrssituationsbedingten Handelns in Bezug auf die Steuerung des Kraftfahrzeuges ermittelbarer Fahrdynamik-Faktor Fd(t) berücksichtigt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, mit denen die Abgasqualität verbessert werden kann. Eine dieser Maßnahmen ist die Abgasrückführung, bei der ein Teil des Abgasstroms dem Kraftstoff-Luft-Gemisch im Ansaugtrakt wieder zugeführt wird. Durch die Abgasrückführung erhalten die Zylinder auch bei stöchiometrischem Betrieb eine geringere Füllung mit Kraftstoff-Luft-Gemisch. Da der zurückgeführte Abgasstrom an der Verbrennung nicht teilnimmt, wird der Sauerstoff- Partialdruck und damit die Verbrennungstemperatur herab gesetzt. Dadurch entstehen bei der Verbrennung bis zu 60% weniger Stickoxide. Auf der anderen Seite kann jedoch mit zunehmender Abgasrückführungsrate sowohl der Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoff-Verbindungen als auch der Kraftstoffverbrauch ansteigen. Diese Faktoren bestimmen die obere Grenze der Abgasrückführungsrate. Bei bekannten Motorausführungen wird daher über ein Abgasrückführungsventil in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Last und Motordrehzahl die Abgasrückführungsrate gesteuert (siehe auch Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, 26. Auflage, Verlag Europa- Lehrmittel, S. 311).
Insbesondere bei Motoren mit einer Benzindirekteinspitzung werden große Mengen von rückgeführtem Abgas benötigt, um die insbesondere im Magerbetrieb (λ>l) ansteigenden NOx-Rohemissionen möglichst gering zu halten. Diese Forderung führt insbesondere bei Motoren mit großem Hubraumvolumen, die dementsprechend über ein großes Ansaugvolumen verfügen, hinsichtlich der Leistungsbereitschaft zu einem Zielkonflikt, da die komplette Sauganlage mit einer entsprechenden Teil-Abgasmenge gefüllt ist. Insbesondere bei instationären Vorgängen, bei denen der Motor aus einem Teillastbereich mit Abgasrückführung in den Volllastbereich ohne Abgasrückführung überführt werden muss, bedarf es mehrerer Arbeitstakte, bis die Sauganlage vom Abgas entleert ist und somit das vom Fahrer gewünschte Drehmoment zur Verfügung steht. Dieser Vorgang bewirkt ein verzögertes Ansprechverhalten und damit ein Dynamikverlust, der insbesondere bei Sportwagen als unangenehm empfunden wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, durch die Entwicklung eines Regelverfahrens diesen Zielkonflikt zu lösen und somit einerseits den Schadstoffausstoß durch Abgasrückführung zu reduzieren, ohne dabei größere Einbußen in der Fahrdynamik hinnehmen zu müssen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Durch eine adaptive Abgasrückführung, bei der in Abhängigkeit von der Fahrdynamik des Fahrers die Abgasrückführrate gesteuert wird, wird der eingangs beschriebene Zielkonflikt gelöst. Durch die Quantifizierung des dynamischen Fahrwunsches kann mit Hilfe eines Fahrdynamik-Faktors ein im Steuergerät hinterlegtes AGR-Sollkennfeld moduliert werden, dergestalt, dass bei geringer Dynamik die maximale Soll-Abgasrückführmenge zurück geführt wird, während bei hoher Dynamik komplett auf die Abgasrückführung verzichtet wird.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Regelverfahren enthalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den bekannten schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, Fig. 2 eine Sollkennfeld zur Abgasrückführung,
Fig. 3 eine Kennlinie zur Bestimmung eines Abgasrückführfaktors und
5 Fig. 4 eine schematische Gesamtdarstellung zur Bestimmung einer adaptiven Abgasrückführrate.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
10
In einem Luft-Ansaugkanal 2 einer Brennkraftmaschine ist ein Luftmassenmesser 4 und eine in Strömungsrichtung gesehen dahinter angeordnete Drosselklappe 6 angeordnet. Der Luftansaugkanal 2 führt in einen Zylinderraum 8, dem in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Steuerzeiten für ein Einlassventil 10 Verbrennungsluft 15 zugeführt wird. Über einen Auslasskanal 12 werden die bei der Verbrennung entstehenden Abgase über ein den Auslasskanal 12 steuerndes Auslassventil 14 nach außen abgeführt.
Der Luftansaugkanal 2 und der Auslasskanal 12 sind über eine Abgasrückführungsleitung 20 16 miteinander verbunden. In der Abgasrückführungsleitung 16 ist ein den Öffnungsquerschnitt der Abgasrückführungsleitung 16 steuerndes Abgasrückführungsventil 18 angeordnet, das über einen elektropneumatischen Wandler 20 gesteuert wird. Über einen im Ansaugkanal 2 in der Nähe des Einlassventils 10 angeordneten Injektor 21 wird Kraftstoff eingespritzt, der zusammen mit der 25 angesaugten Verbrennungsluft als Kraftstoff- Luftgemisch im Brennraum entzündet wird. Ein Steuergerät 22 ist u.a. mit dem Luftmassenmesser 4, der Drosselklappe 6, dem elektropneumatischen Wandler 20 und dem Injektor 21 verbunden.
Im nachfolgenden wird die adaptive Steuerung der Abgasrückführrate näher erläutert. Im 30 Steuergerät 22 ist dazu ein Abgasrückführungs-Kennfeld, im folgenden als AGR- Sollkennfeld bezeichnet, hinterlegt, das im folgenden naher erläutert wird. Die in Figur 2 dargestellte Linie a stellt den Drehmoment- Grenzlinienverlauf des Motors dar, unterhalb dem eine stetige Regelung der Abgasrückführrate erfolgt Die vier exemplarisch dargestellten Kurven b bis e stellen Linien gleicher Abgasruckfuhrraten dar Im Volllastbereich, d.h. wenn das in Abhängigkeit von der Drehzahl geforderte Drehmoment oberhalb der Linie b liegt, findet keine externe Abgasruckfuhrung statt. Liegen die angeforderten Drehmomentwerte zwischen den Kurven b und c wird die Abgasrückführrate stetig zwischen 0 und 10% vom Gesamt- Abgasmassenstrom geregelt. Bei Drehmomentwerten, die zwischen den Kurven c und d liegen, betragt die Abgasrückführrate zwischen 10 und 25%, wahrend bei zwischen den Kurven d und e liegenden Drehmomentwerten die Abgasrückführrate bis zu 30% ansteigt. Im Teillastbetrieb von Motoren mit Benzin- Direkteinspritzung (Magerbetrieb mit Schichtladung) kann die maximale Abgasrückführrate bis zu 40% erreichen. Diese Abgasruckfuhrraten ergeben sich dann für Drehmomentwerte, die sich innerhalb der Kurve e befinden.
Neben dem im Steuergerat 22 hinterlegten AGR-Sollkennfeld wird zur Bestimmung einer adaptiven Abgasrückführrate eine Fahrdynamik Fd(t) ermittelt, die vom Fahrstil des Fahrers oder dessen verkehrssituationsbedingten Handeln abhangig ist. Zur Ermittlung eines Fahrdynamik- Faktors wird ein langerfπstig zu bewertender funktioneller Zusammenhang aus zyklisch oder antizyklisch erfassten aktuellen und vergangenen Werten einer einzigen Betπebskenngroße oder zu einer einzigen aus mehreren Betriebsgroßen eines Kraftfahrzeugs zusammengesetzten Große erstellt. Hierbei werden beispielsweise Werte der Drosselklappenstellung α.t), der Fahrgeschwindigkeit v(t), der Querbeschleunigung aq(t) und der Drehzahl nmot (t) im Sekunden- bzw. Millisekundenbereich erfasst und daraus weitere Werte, wie z B. die Drosselklappenanderungsgeschwindigkeit dα(t)/dt und die Beschleunigung des Fahrzeugs dv(t)/dt berechnet Die ermittelten und berechneten Werte werden über Kennfelder mit weiteren Betriebgroßen verknüpft und über einen funktionellen Zusammenhang zu einer Zwischengroße zusammengesetzt, aus der durch gleitende Mittelwertbildung, die sowohl die neuberechneten Werte als auch die vergangenen Werte langerfπstig berücksichtigt, eine Fahrdynamik Fd(t) ermittelt. Anhand des Fahrdynamikfaktors Fd, der im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel Werte zwischen 0 und 1 annimmt, wird durch eine im Steuergerat 22 hinterlegte Kennlinie (siehe Fig. 3), deren funktioneller Zusammenhang beispielsweise empirisch ermittelt wurde, ein Abgasruckfuhr-Faktor F_AGR bestimmt, der im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ebenfalls Werte zwischen 0 und 1 annehmen kann. Zur Bestimmung der adaptiven Abgasrückführrate AGRadapt wird die aus dem AGR- Sollkennfeld ermittelte Abgasrückführrate mit dem Abgasruckfuhr-Faktor F_AGR multipliziert. Daraufhin wird über das Steuergerat 22 das Abgasruckfuhrungsventil 18 über den elektropneumatischen Wandler 20 entsprechend der ermittelten adaptiven Abgasrückführrate AGRadapt angesteuert. Wie anhand der gestrichelten Kennlinie in Fig. 3 dargestellt, kann der funktioneile Zusammenhang zwischen Fahrdynamikfaktor Fd und Abgasruckfuhr-Faktor F_AGR auch abgeändert bzw. angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung, bei der die Abgasabführung mit dem Ansaugtrakt über eine Abgasrückführungsleitung verbunden ist, wobei die Abgasrückführrate mit Hilfe eines in der
Abgasrückführungsleitung angeordneten Abgasrückführungsventils über ein Sollkennfeld, in dem Motoreingangsgrößen, wie z.B. Motortemperatur, Last oder Motordrehzahl berücksichtigt sind, bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer adaptiven Abgasrückführrate (AGRadapt) ein entsprechend dem Fahrstil des Fahrers oder dessen verkehrssituationsbedingten Handelns in Bezug auf die Steuerung des Kraftfahrzeuges ermittelbarer Fahrdynamik-Faktor Fd(t) berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine in einem Steuergerät (22) hinterlegte Kennlinie aus dem Fahrdynamik-Faktor Fd(t) ein
Abgasrückführ-Faktor F_AGR bestimmt wird, mit dem die aus dem Sollkennfeld ermittelte Abgasrückführrate gewichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrdynamik-Faktor Fd (t) durch eine den Fahrstil des Fahrers oder dessen verkehrssituationsbedingten
Handeln längerfristig bewertenden funktioneilen Zusammenhang (gleitende Mittelwertbildung) aus zyklisch oder antizyklisch erfassten aktuellen und vergangenen Werten einer einzigen Betriebskenngröße oder einer zu einer einzigen aus mehreren Betriebskenngrößen eines Kraftfahrzeuges zusammen gesetzten Größe ermittelt wird.
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