EP1391601A2 - Method to operate an internal combustion engine with direct injection - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a direct injection Internal combustion engine with a NOx storage catalyst included Catalyst system, the internal combustion engine optionally stoichiometrically homogeneous, is operated with stratified charge or homogeneously lean, according to the preamble of Claim 1.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above. Improve fuel consumption and pollutant emissions.
- the expected NOx raw mass flows are expediently in step (b) as well as exhaust gas mass flows from respective operating point-dependent maps certainly.
- the release or suppression is used to further optimize the mode selection the stratified charge operation and / or the homogeneous lean operation by a predetermined Delay time delayed.
- the dead time is predetermined, for example, as a fixed value or variable depending on a catalyst temperature, the exhaust gas or NOx raw mass flow, a loading state of the catalyst, a Catalyst state compared to the fresh state, a temperature of Internal combustion engine and / or a dwell time in stratified charge mode or Homogeneous lean operation determined.
- step (d) stratified charging or homogeneous lean operation is not selected. if these operating modes are controlled by an engine control system, for example due to a currently activated NOx regeneration can be suppressed.
- a maximum permissible in block 12 NOx raw mass flow and a maximum permissible exhaust gas mass flow for this Current engine operating point 10 as a function of an instantaneous temperature of the NOx storage catalyst determined.
- Stratified charge and homogeneously lean from operating point-dependent maps expected NOx raw mass flow and an expected exhaust gas mass flow determined separately for the respective operating mode.
- the to be expected for the stratified charge mode Mass flows for exhaust gas and NOx with the maximum permissible determined in block 12 Mass flows for exhaust gas and NOx compared. If the expected Mass flows for exhaust gas and NOx in stratified charge mode at this operating point maximum permissible NOx raw mass flow and the maximum permissible Exhaust gas mass flow does not exceed the stratified charge mode as at this Operating point permissible determined and a signal to a first on a branch 16 AND link 18 and a second AND link 20 given.
- those to be expected are homogeneously lean for the operating mode Mass flows for exhaust gas and NOx with the maximum permissible determined in block 12 Mass flows for exhaust gas and NOx compared. If the expected Mass flows for exhaust gas and NOx in homogeneous lean operation at this operating point the maximum permissible NOx raw mass flow and the maximum permissible Homogeneous lean operation is considered to be at this exhaust gas mass flow Operating point permitted determined and a signal to the first on a branch 30 AND link 18 and the third AND link 24 given.
- the target operating mode is stratified charging or homogeneous lean operation due to Signals of branches 34, 36 and 38 are only selected if these two Lean operating modes are not blocked due to other circumstances.
- Circumstances include, for example, a current NOx regeneration or the current operating point cannot be in shift operation or Homogeneous lean operation.
- the release or suppression of the Lean operating modes stratified charge and homogeneously lean are delayed by dead times, which either as a fixed value or variable depending on the catalyst temperature, the Exhaust gas or NOx raw mass flow, the loading state of the catalyst, the Catalyst state compared to the fresh state, the engine temperature, the Operating state change speed and / or the length of time in lean operation and possibly other influencing factors is determined.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem einen NOx-Speicherkatalysator enthaltenen Katalysatorsystem, wobei die Brennkraftmaschine wahlweise stöchiometrisch homogen, mit Schichtladung oder homogen-mager betrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a direct injection Internal combustion engine with a NOx storage catalyst included Catalyst system, the internal combustion engine optionally stoichiometrically homogeneous, is operated with stratified charge or homogeneously lean, according to the preamble of Claim 1.
Bei direkteinspritzende Ottomotoren mit Katalysatorsystem sind mehrere Betriebsarten möglich: Ein stöchiometrischer Homogenbetrieb im gesamten Kennfeldbereich, ein Schichtbetrieb bei kleinen Lasten und Drehzahlen sowie ein Homogen-Magerbetrieb bis in den Bereich mittlerer Lasten und Drehzahlen. Grundsätzlich wird angestrebt, die betriebspunktabhängig verbrauchsgünstigste Betriebsart zu wählen. Aus verschiedenen Gründen ist dies jedoch nicht immer möglich: Bei kaltem Motor und Katalysatorsystem wird zunächst nur der stöchiometrische Homogenbetrieb zugelassen, bis das Katalysatorsystem eine gewisse Mindesttemperatur erreicht bzw. überschritten hat. Zusätzlich muß der Schichtbetrieb und der Homogen-Magerbetrieb periodisch zur NOx-Regeneration oder Entschwefelung verlassen werden.There are several operating modes for direct-injection gasoline engines with a catalyst system possible: Stoichiometric homogeneous operation in the entire map area, on Shift operation at low loads and speeds as well as homogeneous lean operation up to in the range of medium loads and speeds. Basically the aim is to select the most economical operating mode depending on the operating point. From different However, this is not always possible for reasons: With a cold engine and catalytic converter system initially only stoichiometric homogeneous operation is permitted until the Catalyst system has reached or exceeded a certain minimum temperature. In addition, the shift operation and the homogeneous lean operation must periodically NOx regeneration or desulfurization.
Aus der DE 196 50 518 C1 ist es bekannt, eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur entweder mit homogenem Gemisch oder alternativ mit einer Schichtladung zu betreiben. Dadurch kann eine schnellere Aufheizung sowohl des Katalysators, als auch der Brennkraftmaschine selbst erzielt werden. Hierbei wird in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur zwischen zwei Kennfeldern umgeschaltet.From DE 196 50 518 C1 it is known to have an internal combustion engine Direct injection depending on a coolant temperature either with to operate a homogeneous mixture or alternatively with a stratified charge. Thereby can a faster heating of both the catalyst and Internal combustion engine itself can be achieved. Here, depending on the Coolant temperature switched between two maps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art bzgl. Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission zu verbessern.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above. Improve fuel consumption and pollutant emissions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method of the above. Kind of with the in Characteristics characterized claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Invention are specified in the dependent claims.
Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit folgenden Schritte vorgesehen,
- der Schichtladebetrieb an dem momentanen Betriebspunkt zulässig ist, wenn der zu erwartende NOx-Rohmassenstrom sowie der zu erwartende Abgasmassenstrom für den Schichtladebetrieb jeweils den in Schritt (a) bestimmten maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom und den maximal zulässigen Abgasmassenstrom nicht übersteigt,
- der Schichtladebetrieb an dem momentanen Betriebspunkt nicht zulässig ist, wenn der zu erwartende NOx-Rohmassenstrom und/oder der zu erwartende Abgasmassenstrom für den Schichtladebetrieb jeweils den in Schritt (a) bestimmten maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom bzw. den maximal zulässigen Abgasmassenstrom übersteigt,
- der Homogen-Magerbetrieb an dem momentanen Betriebspunkt zulässig ist, wenn der zu erwartende NOx-Rohmassenstrom sowie der zu erwartende Abgasmassenstrom für den Homogen-Magerbetrieb jeweils den in Schritt (a) bestimmten maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom und den maximal zulässigen Abgasmassenstrom nicht übersteigt, sowie
- der Homogen-Magerbetrieb an dem momentanen Betriebspunkt nicht zulässig ist, wenn der zu erwartende NOx-Rohmassenstrom und/oder der zu erwartende Abgasmassenstrom für den Homogen-Magerbetrieb jeweils den in Schritt (a) bestimmten maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom bzw. den maximal zulässigen Abgasmassenstrom übersteigt, und
- im Schichtladebetrieb, wenn sowohl der Schichtladebetrieb als auch der Homogen-Magerbetrieb an dem momentanen Betriebspunkt zulässig ist,
- im Schichtladebetrieb, wenn an dem momentanen Betriebspunkt der Schichtladebetrieb zulässig und der Homogen-Magerbetrieb nicht zulässig ist,
- im Homogen-Magerbetrieb, wenn an dem momentanen Betriebspunkt der Schichtladebetrieb nicht zulässig und der Homogen-Magerbetrieb zulässig ist,
- homogen stöchiometrisch, wenn sowohl der Schichtladebetrieb als auch der Homogen-Magerbetrieb an dem momentanen Betriebspunkt nicht zulässig ist.
- stratified charge mode is permissible at the current operating point if the expected NOx raw mass flow and the expected exhaust gas mass flow for stratified charge operation do not exceed the maximum permissible NOx raw mass flow and the maximum permissible exhaust gas mass flow determined in step (a),
- stratified charge mode is not permitted at the current operating point if the expected NOx raw mass flow and / or the expected exhaust gas mass flow for stratified charge operation exceeds the maximum permissible NOx raw mass flow or the maximum permissible exhaust gas mass flow determined in step (a),
- homogeneous lean operation is permissible at the current operating point if the expected NOx raw mass flow and the expected exhaust gas mass flow for homogeneous lean operation do not exceed the maximum permissible NOx raw mass flow and the maximum permissible exhaust gas mass flow determined in step (a), and
- The homogeneous lean operation at the current operating point is not permitted if the expected NOx raw mass flow and / or the expected exhaust gas mass flow for the homogeneous lean operation respectively the maximum permissible NOx raw mass flow or the maximum permissible exhaust gas mass flow determined in step (a) exceeds, and
- in stratified charge mode if both stratified charge mode and homogeneous lean operation are permitted at the current operating point,
- in stratified charge mode, if stratified charge mode is permitted at the current operating point and homogeneous lean operation is not permitted,
- in homogeneous lean operation, if stratified charge operation is not permitted at the current operating point and homogeneous lean operation is permitted,
- homogeneous stoichiometric if both stratified charging and homogeneous lean operation are not permitted at the current operating point.
Dies hat den Vorteil, daß eine ideale Anpassung der Betriebsartenzulassung an die Leistungsfähigkeit des Katalysatorsystems und ein maximaler Verbrauchsvorteil bei gleichzeitig niedriger Schadstoffemission erzielt wird.This has the advantage that an ideal adaptation of the operating mode approval to the Efficiency of the catalyst system and a maximum consumption advantage at the same time lower pollutant emissions are achieved.
Zweckmäßigerweise werden in Schritt (b) die zu erwartenden NOx-Rohmassenströme sowie Abgasmassenströme aus jeweiligen betriebspunktabhängigen Kennfeldern bestimmt.The expected NOx raw mass flows are expediently in step (b) as well as exhaust gas mass flows from respective operating point-dependent maps certainly.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt (a) der maximal zulässige NOx-Rohmassenstrom und/oder der maximal zulässige Abgasmassenstrom in Abhängigkeit von einem NOx-Beladungszustand des NOx-Speicherkatalysators, einer Katalysatorzustanderkennung, welche Alterung des Katalysatorsystems berücksichtigt, einer Betriebspunktänderungsdynamik und/oder einem eingelegten Gang korrigiert.In a preferred development of the invention, the maximum in step (a) permissible NOx raw mass flow and / or the maximum permissible exhaust gas mass flow in Dependence on a NOx loading state of the NOx storage catalytic converter, one Catalyst state detection, which takes into account the aging of the catalyst system, corrected an operating point change dynamics and / or an engaged gear.
Zur weiteren Optimierung der Betriebsartenwahl wird die Freigabe oder Unterdrückung des Schichtladebetriebs und/oder des Homogen-Magerbetriebs um eine vorbestimmte Totzeit verzögert. Die Totzeit wird beispielsweise als Festwert vorbestimmt oder variabel in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur, dem Abgas- bzw. NOx-Rohmassenstrom, einem Beladungszustand des Katalysators, einem Katalysatorzustand im Vergleich zum Frischzustand, einer Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder einer Verweildauer im Schichtladebetrieb bzw. Homogen-Magerbetrieb bestimmt.The release or suppression is used to further optimize the mode selection the stratified charge operation and / or the homogeneous lean operation by a predetermined Delay time delayed. The dead time is predetermined, for example, as a fixed value or variable depending on a catalyst temperature, the exhaust gas or NOx raw mass flow, a loading state of the catalyst, a Catalyst state compared to the fresh state, a temperature of Internal combustion engine and / or a dwell time in stratified charge mode or Homogeneous lean operation determined.
In Schritt (d) wird der Schichtladebetrieb bzw. der Homogen-Magerbetrieb nicht gewählt, wenn diese Betriebsarten von einer Motorsteuerung beispielsweise aufgrund einer momentan aktivierten NOx-Regeneration unterdrückt werden. In step (d), stratified charging or homogeneous lean operation is not selected. if these operating modes are controlled by an engine control system, for example due to a currently activated NOx regeneration can be suppressed.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. ein schematisches Blockdiagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht.Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the following description of the Invention with reference to the accompanying drawings. This shows in the single Fig schematic block diagram showing the inventive method illustrated.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die einzige Fig. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem einen NOx-Speicherkatalysator enthaltenden Katalysatorsystem beschrieben, wobei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird, in welcher Betriebsart die Brennkraftmaschine an einem momentanen Betriebspunkt betrieben wird. Hierbei wird aus den Betriebsarten stöchiometrisch homogen, Schichtladung oder homogen-mager ausgewählt.In the following, the invention is described with reference to the only FIG Method for operating an internal combustion engine with one Described catalyst system containing NOx storage catalyst, with the The method according to the invention is determined in which operating mode the Internal combustion engine is operated at a current operating point. Here will from the operating modes stoichiometrically homogeneous, stratified charge or homogeneously lean selected.
An einem momentanen Motorbetriebspunkt 10, welcher durch eine momentane Last und
eine momentane Drehzahl bestimmt ist, wird in Block 12 ein maximal zulässiger
NOx-Rohmassenstrom sowie ein maximal zulässiger Abgasmassenstrom für diesen
momentanen Motorbetriebspunkt 10 in Abhängigkeit von einer momentanen Temperatur
des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Zusätzlich wird für die Betriebsart
Schichtladung und homogen-mager aus betriebspunktabhängigen Kennfeldern ein zu
erwartender NOx-Rohmassenstrom sowie ein zu erwartender Abgasmassenstrom
separat für die jeweilige Betriebsart ermittelt.At a current
In einem Block 14 werden für die Betriebsart Schichtladung die zu erwartenden
Massenströme für Abgas und NOx mit den in Block 12 bestimmten maximal zulässigen
Massenströmen für Abgas und NOx verglichen. Sofern die zu erwartenden
Massenströme für Abgas und NOx bei Schichtladebetrieb an diesem Betriebspunkt den
maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom sowie den maximal zulässigen
Abgasmassenstrom nicht überschreiten, wird der Schichtladebetrieb als an diesem
Betriebspunkt zulässig bestimmt und auf einem Zweig 16 ein Signal an eine erste
UND-Verknüpfung 18 und eine zweite UND-Verknüpfung 20 gegeben. Falls jedoch die
zu erwartenden Massenströme für Abgas bzw. NOx bei Schichtladebetrieb an diesem
Betriebspunkt den maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom und/oder den maximal
zulässigen Abgasmassenstrom überschreiten, wird der Schichtladebetrieb als an diesem
Betriebspunkt nicht zulässig bestimmt und auf einem Zweig 22 ein Signal an eine dritte
UND-Verknüpfung 24 und eine vierte UND-Verknüpfung 26 gegeben. In a
In einem Block 28 werden für die Betriebsart homogen-mager die zu erwartenden
Massenströme für Abgas und NOx mit den in Block 12 bestimmten maximal zulässigen
Massenströmen für Abgas und NOx verglichen. Sofern die zu erwartenden
Massenströme für Abgas und NOx bei Homogen-Magerbetrieb an diesem Betriebspunkt
den maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom sowie den maximal zulässigen
Abgasmassenstrom nicht überschreiten, wird der Homogen-Magerbetrieb als an diesem
Betriebspunkt zulässig bestimmt und auf einem Zweig 30 ein Signal an die erste
UND-Verknüpfung 18 und die dritte UND-Verknüpfung 24 gegeben. Falls jedoch die zu
erwartenden Massenströme für Abgas bzw. NOx bei Homogen-Magerbetrieb an diesem
Betriebspunkt den maximal zulässigen NOx-Rohmassenstrom und/oder den maximal
zulässigen Abgasmassenstrom überschreiten, wird der Homogen-Magerbetrieb als an
diesem Betriebspunkt nicht zulässig bestimmt und auf einem Zweig 32 ein Signal an die
zweite UND-Verknüpfung 20 und die vierte UND-Verknüpfung 26 gegeben.In a
Auf diese Weise gibt immer nur genau eine der UND-Verknüpfungen 18, 20, 24, 26 ein
Signal auf einem jeweiligen Zweig 34, 36, 38, 40 ab. Mit anderen Worten erhält immer
nur eine UND-Verknüpfung 18, 20, 24, 26 gleichzeitig zwei Signale, die Aufgrund der
UND-Logik zu einem Ausgangssignal dieser jeweiligen UND-Verknüpfung 18, 20, 24, 26
führt. Falls aufgrund des Vergleichs in den Blöcken 14 und 28 beide Betriebsarten,
Schichtladung und Homogen-Magerbetrieb, als an diesem Betriebspunkt zulässig
bestimmt wurden, so erhält nur die erste UND-Verknüpfung 18 zwei Eingangssignale
und gibt ihrerseits auf dem Zweig 34 ein Signal ab. Dies initiiert einen
Schichtladebetrieb. Falls aufgrund des Vergleichs in den Blöcken 14 und 28 die
Betriebsart Schichtladung als an diesem Betriebspunkt zulässig, jedoch die Betriebsart
homogen-mager als an diesem Betriebspunkt nicht zulässig bestimmt wurde, so erhält
nur die zweite UND-Verknüpfung 20 zwei Eingangssignale und gibt ihrerseits auf dem
Zweig 36 ein Signal ab. Dies initiiert ebenfalls einen Schichtladebetrieb. Falls aufgrund
des Vergleichs in den Blöcken 14 und 28 die Betriebsart Schichtladung als an diesem
Betriebspunkt nicht zulässig, jedoch die Betriebsart homogen-mager als an diesem
Betriebspunkt zulässig bestimmt wurde, so erhält nur die dritte UND-Verknüpfung 24
zwei Eingangssignale und gibt ihrerseits auf dem Zweig 38 ein Signal ab. Dies initiiert
einen Homogen-Magerbetrieb. Falls aufgrund des Vergleichs in den Blöcken 14 und 28
beide Betriebsarten, Schichtladung und Homogen-Magerbetrieb, als an diesem
Betriebspunkt nicht zulässig bestimmt wurden, so erhält nur die vierte UND-Verknüpfung
26 zwei Eingangssignale und gibt ihrerseits auf dem Zweig 40 ein Signal ab. Dies initiiert
einen Betrieb mit homogen stöchiometrischen Verhältnissen. In this way, only one of the
Als Zielbetriebsart wird Schichtladebetrieb bzw. Homogen-Magerbetrieb aufgrund von
Signalen der Zweige 34, 36 und 38 nur dann gewählt, wenn diese beiden
Magerbetriebsarten nicht aufgrund anderweitiger Umstände blockiert sind. Derartige
Umstände umfassen beispielsweise eine aktuell durchgeführte NOx-Regeneration oder
der momentane Betriebspunkt kann nicht im Schichtbetrieb bzw.
Homogen-Magerbetrieb gefahren werden.The target operating mode is stratified charging or homogeneous lean operation due to
Signals of
Optional ist es vorgesehen, daß die Freigabe bzw. Unterdrückung der Magerbetriebsarten Schichtladung und homogen-mager um Totzeiten verzögert werden, die entweder als Festwert oder variabel abhängig von der Katalysatortemperatur, dem Abgas- bzw. NOx-Rohmassenstrom, dem Beladungszustand des Katalysators, dem Katalysatorzustand im Vergleich zum Frischzustand, der Motortemperatur, der Betriebszustandsänderungsgeschwindigkeit und/oder der Verweildauer im Magerbetrieb sowie ggf. weiterer Einflußfaktoren bestimmt wird.It is optionally provided that the release or suppression of the Lean operating modes stratified charge and homogeneously lean are delayed by dead times, which either as a fixed value or variable depending on the catalyst temperature, the Exhaust gas or NOx raw mass flow, the loading state of the catalyst, the Catalyst state compared to the fresh state, the engine temperature, the Operating state change speed and / or the length of time in lean operation and possibly other influencing factors is determined.
Claims (6)
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