EP1517023B1 - Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor Download PDF

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EP1517023B1
EP1517023B1 EP20030102363 EP03102363A EP1517023B1 EP 1517023 B1 EP1517023 B1 EP 1517023B1 EP 20030102363 EP20030102363 EP 20030102363 EP 03102363 A EP03102363 A EP 03102363A EP 1517023 B1 EP1517023 B1 EP 1517023B1
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EP
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signal
throttling
presetting
value
offset
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Yasser Mohammed Sayed Yacoub
Paul Eduard Moraal
Johannes Kuenstler
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Ford Global Technologies LLC
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    • F02D2041/141—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a feed-forward control element

Definitions

  • the present invention relates to a method for presetting the fresh air supply throttling in an internal combustion engine, in particular in a diesel engine, which is equipped with a control circuit for controlling the throttling of the fresh air air supply, a method for regenerating an exhaust gas purification device of an internal combustion engine, and an internal combustion engine.
  • particulate filters In order to reduce harmful emissions from internal combustion engines, arranged in the exhaust system particulate filters are used.
  • a particulate filter DPF, Diesel Particulate Filter
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • carbonaceous filter residues accumulate, which increase the flow resistance for the exhaust gases passing through the particle filter. Therefore, such a particulate filter must be regenerated from time to time so that the fuel consumption of the engine does not increase undesirably due to the flow resistance.
  • the regeneration is carried out by an oxidation process, ie by burning the filter residues.
  • the carbon contained in the filter residues ignites only at relatively high temperatures of about 550 ° C, unless the combustion process undergoes catalytic support.
  • a measure for increasing the exhaust gas temperature is, if appropriate in interaction with further measures, the throttling of the fresh air supply of the engine, as described, for example, in EP 1 205 647, EP 1 296 050 and EP 1 304 458.
  • a negative pressure-adjusting device can lead to significant deviations in the throttling positions associated with a duty cycle in the same throttle devices.
  • significant deviations in the effective flow cross sections may occur at identical throttle positions. Therefore, throttle control may be well set for one engine (with nominal throttle characteristics), whereas in other engines, due to (summed) manufacturing tolerances with identical throttle adjustment signal, it will result in higher or lower throttle flow.
  • a lower flow ie a stronger throttling
  • too high a flow ie a lower throttling
  • the importance of the last point should not be underestimated.
  • a method for adapting a pilot value of a lambda control is known.
  • the value of a pilot variable in a calibration procedure is determined such that the effect of at least one predictor is minimized.
  • Another object of the present invention is to provide an improved internal combustion engine.
  • the first object is achieved by a method according to claim 1 for presetting the fresh air supply throttling in an internal combustion engine, and the second object by an internal combustion engine according to claim 12.
  • the dependent claims represent advantageous developments of the invention.
  • a control signal of the control loop is combined with a preset signal to a throttling adjusting throttle signal.
  • the method according to the invention is characterized in that a calibration of the presetting signal is carried out on the basis of the actuating signal.
  • the invention is based on the following considerations:
  • the preset signal would represent the correct throttle signal, i. H. there would be no need for regulation. In fact, however, errors occur that are due in particular to manufacturing tolerances or aging phenomena in components.
  • the control circuit therefore serves to compensate for these errors during stationary operation of the throttling by means of a control signal to be combined with the presetting signal.
  • the inventive calibration of the preset signal based on the control signal now makes it possible to take into account the manufacturing tolerances or aging phenomena already in the preset signal and thus to reduce the contribution of the control signal to the throttle signal.
  • the result is a preset signal adapted to the characteristics present in the respective engine.
  • the method according to the invention makes possible an improved control of the fresh air supply, in particular in non-stationary operation of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention enables an adaptive control strategy for the throttling, in which the preset signal is constantly updated, ie to the current tolerances or aging phenomena is adapted. In one embodiment of the invention, therefore, a repeated calibration of the preset signal based on the control signal.
  • the Adjustment can be considered as a "learning process” in which the throttling "learns” to consider changing tolerances or aging phenomena.
  • the adaptive control strategy may obviate position sensors for the throttle.
  • the manufacturing costs for the throttling and adjusting device can be reduced, since less stringent requirements can be made of the specifications for the manufacturing tolerances.
  • the calibration takes place on the basis of a correction term determined from the actuating signal and the preset signal.
  • the correction term can be determined in particular on the basis of an offset to be added to the presetting signal and based on the actuating signal.
  • a range can be defined in which the control signal can vary without a calibration of the preset signal. Ie. Calibration takes place in the presence of such a limit value only if the errors associated with the tolerances and / or aging phenomena exceed an unacceptable level defined by the limit value.
  • the correction term can be given in one embodiment of the method, in particular by the offset itself. If the correction term is given by the offset itself, a rapid response of the preset signal takes place on the offset, ie there is a rapid calibration. If a big one Offset is present, but it can lead to a large jump in the preset signal. Alternatively, the correction term can therefore also be given by a fraction of the offset, the calibration then taking place in a plurality of calibration steps corresponding to the number of fractions. This avoids large jumps in the preset signal.
  • the stationary operating state can be determined if selected engine parameters, for example, over a predetermined period of time are almost constant.
  • the determination of the presetting signal for the throttling can take place on the basis of a mapping rule which supplies a value for the presetting signal as a function of engine parameters of the internal combustion engine. Possibly. Corrections for ambient and / or engine conditions may be added to the presetting signal thus determined.
  • the determination of the preset signal is generally based on such a mapping rule.
  • the calibration of the preset signal can therefore be realized in a simple manner by updating the mapping rule. During calibration, either the entire mapping rule can be updated, ie the mapping rule for all engine parameters is updated, or the part of the mapping rule whose motor parameters correspond to the stationary operating state can only be updated.
  • the inventive method for presetting the Frischluftzuchtdrosselung in an internal combustion engine can be used in particular as part of a method for regenerating a particulate filter while increasing the exhaust gas temperature in the exhaust system of an internal combustion engine by throttling the fresh air supply.
  • throttle a control / regulation for the fresh air supply throttle 1, hereinafter referred to as throttle, in an internal combustion engine
  • the intake pressure is adjusted in the intake manifold of the engine.
  • the control comprises a controller which outputs a control signal or preset signal u_ff for influencing the throttle 1.
  • the determination of the presetting signal u_ff takes place on the basis of a calibrated mapping rule 3 which outputs the actuating signal u_ff as a function of the engine speed 2 and the engine torque 4.
  • the value for the presetting signal u_ff determined on the basis of the mapping rule 3 can be corrected by means of a correction unit 5 as a function of further operating states 6 of the motor.
  • control / regulation comprises a control loop with a controller 7, which outputs a control signal u_fb for influencing the throttle 1.
  • the controller 7 generates the control signal u_fb in response to the deviation map_error of the actual pressure map measured in the intake manifold from a target value map_ref.
  • the setpoint map_ref for the intake manifold pressure is determined by means of a calibrated mapping instruction 9 which outputs the setpoint map_ref as a function of the engine speed 2 and the engine torque 4.
  • the setpoint determined using the mapping rule 11 can be corrected before the deviation map_error of the actual pressure map in the intake manifold from the setpoint value map_ref is determined.
  • the deviation map_error is finally input to the controller, which calculates the control signal u_fb on the basis of the deviation map_error.
  • control signal u_fb is added to the presetting signal u_ff in order to obtain a throttle signal u as a setting signal actuator_cmd for the actuator of the throttle 1.
  • the throttle signal u may still undergo scaling in an optional scaling unit 13, so that the scaled throttle signal represents the actual adjustment signal actuator_cmd for the actuator of the throttle 1.
  • control is to allow rapid adjustment of the throttle 1 in the non-stationary operation of the engine, while the control in stationary operation of the engine correcting errors takes over due to aging effects or manufacturing tolerances.
  • control signal u_fb of the control is now used to repeatedly calibrate the preset signal u_ff, for example by means of an offset ff_offset and thus to adapt the preset signal u_ff to changed operating conditions of the engine, for example due to aging phenomena.
  • the thus adjusted or updated preset signal u_ff then enables a more precise setting of the throttling.
  • step 22 a query is first of all made in step 22 as to whether regulation of the throttle takes place. If this is answered in the negative, the method returns to its starting point. If the query for the control is affirmative, the next step 24 is a query whether the calibration of the preset signal is permitted. If not, the process returns to its starting point. Both conditions, d. H. Regulating the throttle and allowing calibration must be met before the actual calibration procedure can begin in step 26. If no regulation of the throttle takes place, the necessary information for calibrating the preset signal u_ff is not available. By means of the second condition, it is possible to take account of switching off the calibration, for example during the warm-up phase of the engine or in operating states of the engine in which calibration is not necessary, for example during the high-load operation of the engine.
  • step 26 a query is made in step 26 as to whether the control and / or the engine are in a stationary state.
  • a stationary state of the engine can be detected, for example, by setting limit values for the derivatives of the engine speed and the torque, at which a stationary state of the engine is reached or fallen below.
  • a stationary state of the engine is strictly speaking characterized in that the engine speed and the torque are constant, d. H. the derivatives of the engine speed and the torque after time have the value zero. Therefore, the set limits should be close to zero. The closer the limit values are to zero, the more precisely a stationary state is reached when the limit values are undershot. The limit values should therefore be chosen in particular as a function of how exactly the stationary state must be reached in order to allow a meaningful calibration of the preset signal u_ff.
  • a steady state of the control is given when the control signal u_fb has reached a steady state (constant) value, i. H. the deviation map_error of the actual pressure map in the intake manifold has reached zero from the nominal value map_ref. For reasons of practicability, it is sufficient if the deviation map_error has reached or fallen below a limit value close to zero.
  • the limit value should be chosen depending on how exactly the stationary state of the control must be reached in order to allow a meaningful calibration of the preset signal u ff.
  • the presence of the stationary state is determined in step 26.
  • the period of time over which the constancy must be present can be chosen freely. However, choosing it too long may result in infrequent stationary conditions, so calibration can rarely occur. As a rule, the duration is a few seconds.
  • step 26 If the stationary state is not detected in step 26, if the steady state is not detected in step 26, the process returns to its starting point. If, on the other hand, the presence of a stationary state is detected, the offset ff_offset to be added to the presetting signal u_ff is next computed in step 28.
  • a range defined by a value ⁇ is permitted, in which the value y% of the actuating signal u_fb may move without an offset being added to the preset signal.
  • step 30 following the calculation of the offset, a correction term for the calibrated mapping rule 3 (FIG. 1) is calculated, which outputs the control signal u_ff in dependence on the engine rotational speed 2 and the engine torque 4.
  • step 32 the calibrated mapping rule 3 is then updated or corrected on the basis of the correction term.
  • the correction term can be, for example, the total value of the offset ff_offset calculated in step 28.
  • the updating, ie the correction, of the calibrated mapping rule 3 can be carried out in increments which are limited in their increment. For example, if the value of the preset signal is 50% in the basic calibration, although it should be 65% under the current operating conditions to achieve the desired degree of throttling (as set in the target map_ref), updating will occur in one embodiment of the mapping rule from 50% to 65% in a single update step, whereas updating the calibrated mapping rule 3 in the alternative embodiment is done in several small update steps, such as three steps of 5% per step.
  • the updating of the calibrated mapping rule 3 can relate to the entire calibrated mapping rule 3, ie. H. there is an updating of the calibrated mapping rule 3 for all engine parameters. Alternatively, however, only an updating of that part of the calibrated mapping rule 3 whose motor parameters correspond to the stationary operating state can take place.
  • the calibration of the preset signal is completed and the method returns to its initial state. If a timer is used to detect the steady state in step 26, it is reset before returning to the initial state.
  • the method according to the invention can be realized both in the form of a hardware solution and in the form of a software solution.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Dieselmotor, welcher mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestattet ist, ein Verfahren zum Regenerieren einer Abgasreinigungseinrichtung eines Verbrennungsmotors, sowie einen Verbrennungsmotor.
  • Um schädliche Emissionen von Verbrennungsmotoren zu vermindern, kommen im Abgassystem angeordnete Partikelfilter zur Anwendung. Bspw. sammelt in einem Dieselmotor ein Partikelfilter (DPF, Diesel Particulate Filter) den im Dieselmotor erzeugten Ruß. Dabei sammeln sich kohlenstoffhaltige Filterrückstände an, die den Strömungswiderstand für die den Partikelfilter passierenden Abgase erhöhen. Daher muß ein derartiger Partikelfilter von Zeit zu Zeit regeneriert werden, damit sich der Kraftstoffverbrauch des Motors nicht aufgrund des Strömungswiderstandes in unerwünschter Weise erhöht. Das Regenerieren erfolgt durch einen Oxidationsprozeß, d. h. durch Verbrennen der Filterrückstände. Der in den Filterrückständen enthalten Kohlenstoff entzündet sich jedoch erst bei relativ hohen Temperaturen von ca. 550°C, sofern der Verbrennungsprozeß keine katalytische Unterstützung erfährt. Derart hohe Abgastemperaturen werden jedoch nur erreicht, wenn der Motor bei hoher Belastung oder im hohen Drehzahlbereich betrieben wird. Um ein Regenerieren des Partikelfilters unter allen Betriebsbedingungen, also auch dann, wenn der Motor nicht bei hoher Belastung oder im hohen Drehzahlbereich betrieben wird, gewährleisten zu können, muß daher die Möglichkeit geschaffen werden, ggf. die Abgastemperatur auf einen für die Regeneration des Partikelfilters ausreichenden Wert zu erhöhen.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen zum Erhöhen der Abgastemperatur vorgeschlagen worden. Eine Maßnahme zum Erhöhen der Abgastemperatur stellt dabei, ggf. im Zusammenspiel mit weiteren Maßnahmen, das Drosseln der Frischluftzufuhr des Motors dar, wie es bspw. in EP 1 205 647, EP 1 296 050 und EP 1 304 458 beschrieben ist.
  • Den genannten Vorgehensweisen ist gemeinsam, daß eine genaue Steuerung der Drosselung nötig ist, um die hohe Abgastemperatur auch im nicht-stationären Betrieb des Motors, d. h. beim Übergang zwischen verschiedenen Betriebszuständen, bspw. beim Fahren im Stadtverkehr mit häufigen Leerlaufbetrieb und häufigen Bremsvorgängen, aufrecht erhalten zu können. Die bisherigen Steuerungsstrategien für das Drosseln der Frischluftzufuhr bestehen typischerweise aus einem Steuerterm, auch Voreinstellterm genannt, der ein rasches Neueinstellen der Drosselung ermöglicht, sowie einem Regelterm, durch den Fehler im stationären Betrieb der Drosselung ausgeglichen werden. Eine entsprechende Steuerung ist in WO 03/012559 A1 beschrieben. Der Steuerterm, der während des Entwicklungsprozesses eingestellt wird, spezifiziert eine Drosselstellung oder den Arbeitszyklus eines der Drossel zugeordneten Stellgliedes.
  • Alterungserscheinungen der Stelleinrichtung der Drossel, bspw. einer Unterdruck-Stelleinrichtung können bei an sich gleichen Drosseleinrichtungen zu signifikanten Abweichungen in den einem Arbeitszyklus zugeordneten Drosselstellungen führen. Ebenso können aufgrund von Herstellungstoleranzen signifikante Abweichungen in den effektiven Strömungsquerschnitten bei identischen Drosselstellungen auftreten. Daher kann eine Drosselsteuerung für einen Motor (mit nominellen Drosselkenngrößen) gut eingestellt sein, wohingegen sie bei anderen Motoren aufgrund von (summierten) Fertigungstoleranzen bei identischem Einstellsignal für die Drosselung zu einem höheren oder niedrigeren Fluß durch die Drosselklappe führt. Ein niedrigerer Fluß, d. h. eine stärkere Drosselung, kann zu Instabilitäten beim Verbrennungsprozeß im Motor oder zu Problemen im Fahrbetrieb führen (insbesondere bei Drosselplatten mit geringer Leckrate), wohingegen ein zu hoher Fluß, d. h. eine geringere Drosselung, negative Auswirkungen auf die erzielbare Abgastemperatur beim Regenerieren des Partikelfilters hat, was das Regenerieren des Partikelfilters erschwert. Die Bedeutung des letzten Punktes sollte nicht unterschätzt werden. Insbesondere, wenn man die Regenerationskennlinien katalytischer Filtersysteme oder von Partikelfiltern, bei denen die Regeneration ohne zusätzliche Kraftstoffeinspritzung erfolgt, betrachtet, ist zu erkennen, daß ein Verringern der Abgastemperatur um 10-20°C wegen der exponentiellen Abhängigkeit der Regenerationsrate von der Abgastemperatur zu einer Verdoppelung der benötigten Regenerationszeit führen kann.
  • Aus der DE 38 16 520 A1 ist ein Verfahren zum Adaptieren eines Vorsteuerwertes einer Lambdaregelung bekannt. In diesem Verfahren wird der Wert einer Vorsteuergröße in einem Kalibrierungsverfahren derart bestimmt, daß die Wirkung mindestens einer Einflußgröße minimiert wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen.
  • Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor, und die zweite Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 12 gelöst. Die Abhängigen Ansprüche repräsentieren vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestatten Verbrennungsmotors unter Erhöhung der Abgastemperatur durch Drosseln der Frischluftzufuhr, wird ein Stellsignal des Regelkreises mit einem Voreinstellsignal zu einem die Drosselung einstellenden Drosselsignal kombiniert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals erfolgt.
  • Die Erfindung beruht auf den folgenden Überlegungen:
  • Würde ein hinreichend eingestelltes Drosselungssystem nominelle Drosselkenngrößen aufweisen, so würde das Voreinstellsignal das korrekte Drosselsignal darstellen, d. h. es würde kein Regelungsbedarf bestehen. Tatsächlich treten jedoch Fehler auf, die insbesondere auf Herstellungstoleranzen oder Alterungserscheinungen bei Komponenten zurückzuführen sind. Der Regelkreis dient daher dazu, im stationären Betrieb der Drosselung diese Fehler mittels eines mit dem Voreinstellsignal zu kombinierenden Stellsignals auszugleichen.
  • Das erfindungsgemäße Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals ermöglicht es nun, die Herstellungstoleranzen oder Alterungserscheinungen bereits im Voreinstellsignal zu berücksichtigen und so den Beitrag des Stellsignals zum Drosselsignal zu verringern. Das Resultat ist ein an die im jeweiligen Motor vorliegenden Kenngrößen angepasstes Voreinstellsignal. Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund des verbesserten Voreinstellsignals insbesondere beim nicht-stationären Betrieb des Verbrennungsmotors eine verbesserte Steuerung der Frischluftzufuhr.
  • Mit der verbesserten Steuerung der Frischluftzufuhr können insbesondere auch verbesserte Strategien zum Regenerieren von Partikelfiltern im Abgassystem des Verbrennungsmotors verwirklicht werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine adaptive Steuerungsstrategie für die Drosselung, in der das Voreinstellsignal immer wieder aktualisiert, d. h. an die aktuellen Toleranzen oder Alterungserscheinungen angepaßt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher ein wiederholtes Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals. Das Anpassen kann als "Lernprozeß" angesehen werden, in dem die Drosselung "lernt" sich verändernde Toleranzen oder Alterungserscheinungen zu berücksichtigen. Die adaptive Steuerungsstrategie kann Positionssensoren für die Drosselklappe überflüssig machen. Außerdem können die Herstellungskosten für die Drossel- und Stelleinrichtung verringert werden, da weniger stringente Anforderungen an die Spezifikationen für die Herstellungstoleranzen gestellt werden können.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Kalibrieren anhand eines aus dem Stellsignal und dem Voreinstellsignal ermittelten Korrekturterms. In einer einfach zu realisierenden Weiterbildung kann der Korrekturterm insbesondere anhand eines zum Voreinstellsignal hinzu zu addierenden und auf dem Stellsignal basierenden Offsets ermittelt werden.
  • Der Offset kann insbesondere definiert sein durch
    • den Wert des Stellsignals abzüglich eines positiven Grenzwertes, falls der Wert des Stellsignals größer als der Grenzwert ist,
    • durch den Wert des Stellsignals zuzüglich des Grenzwertes, falls der Wert des Stellsignals kleiner als das Negative des Grenzwertes ist, und
    • durch den Wert Null, falls der Betrag des Stellsignals kleiner als oder gleich dem Grenzwert ist.
  • Mittels des Grenzwertes kann ein Bereich festgelegt werden, in welchem das Stellsignal variieren kann, ohne daß eine Kalibrierung des Voreinstellsignals erfolgt. D. h. eine Kalibrierung erfolgt bei Vorhandensein eines solchen Grenzwertes nur dann, wenn die mit den Toleranzen und/oder Alterungserscheinungen einhergehenden Fehler ein nicht mehr akzeptables, durch den Grenzwert definiertes Maß übersteigen.
  • Der Korrekturterm kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere durch den Offset selbst gegeben sein. Falls der Korrekturterm durch den Offset selbst gegeben ist, erfolgt eine rasche Reaktion des Voreinstellsignals auf den Offset, d. h. es erfolgt eine rasche Kalibrierung. Wenn ein großer Offset vorliegt, kann es dabei jedoch zu einem großen Sprung im Voreinstellsignal kommen. Alternativ kann der Korrekturterm daher auch durch einen Bruchteil des Offsets gegeben sein, wobei das Kalibrieren dann in mehreren, der Anzahl der Bruchteile entsprechenden Kalibrierungsschritten erfolgt. So lassen sich große Sprünge im Voreinstellsignal vermieden.
  • Vor dem Kalibrieren des Voreinstellsignals kann eine Prüfung dahingehend erfolgen, ob sich der Regelkreis in einem stationären Betriebszustand befindet, wobei das Kalibrieren des Voreinstellsignals nur dann stattfindet, wenn ein stationärer Betriebszustand des Regelkreises festgestellt wird. Dadurch kann ein fehlerhaftes Kalibrieren in einem nicht-stationären Zustand vermieden werden. In einer Ausgestaltung kann der stationäre Betriebszustand festgestellt werden, wenn ausgesuchte Motorparameter, bspw. über eine vorbestimmte Zeitdauer nahezu konstant sind.
  • Das Ermitteln des Voreinstellsignals für die Drosselung kann anhand einer Abbildungsvorschrift erfolgen, welche einen Wert für das Voreinstellsignal in Abhängigkeit von Motorparametern des Verbrennungsmotors liefert. Ggf. können zum so ermittelten Voreinstellsignal noch Korrekturen für Umgebungs- und/oder Motorbedingungen hinzukommen. Im Stand der Technik erfolgt das Ermitteln des Voreinstellsignals in der Regel anhand einer solchen Abbildungsvorschrift. Das Kalibrieren des Voreinstellsignals kann daher in einer einfachen Weise dadurch realisiert werden, daß die Abbildungsvorschrift aktualisiert wird. Beim Kalibrieren kann entweder die gesamte Abbildungsvorschrift aktualisiert werden, d. h. es erfolgt ein Aktualisieren der Abbildungsvorschrift für alle Motorparameter, oder es kann lediglich ein Aktualisieren desjenigen Teils der Abbildungsvorschrift erfolgen, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Voreinstellen der Frischluftzufuhrdrosselung in einem Verbrennungsmotor kann insbesondere als Teil eines Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters unter Erhöhung der Abgastemperatur im Abgassystem eines Verbrennungsmotors durch Drosseln der Frischluftzufuhr zur Anwendung kommen.
  • Ein erfindungemäßer Verbrennungsmotor umfaßt:
    • eine Drosseleinrichtung zum Drosseln der Frischluftzufuhr,
    • einen Regelkreis, der zur Ausgabe eines Stellsignals zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
    • eine Steuereinheit, die zur Ausgabe eines Voreinstellsignals zum Voreinstellen der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
    • einer Kombiniereinheit, die zum Erzeugen eines die Drosselung einstellenden Drosselsignal anhand einer Kombination des Voreinstellsignals mit dem Stellsignal ausgestaltet ist,
    • einen im Abgassystem angeordneten Partikelfilter, welcher unter Erhöhung der Abgastemperatur durch Drosselung der Frischluftzufuhr regenerierbar ist,
    • eine Regenerationseinrichtung zum Regenerieren des Partikelfilters durch Drosselung der Frischluftzufuhr unter Erhöhung der Abgastemperatur, und
    • eine Kalibriereinheit zum Kalibrieren des Voreinstellsignals, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters ausgestaltet ist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt die typische Struktur einer Steuerung/Regelung für die Drosselung der Frischluftzufuhr in einem Verbrennungsmotor.
    Fig. 2
    stellt das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Flußdiagramms dar.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zuerst anhand von Fig. 1 die typische Struktur einer Steuerung/Regelung für die Frischluftzufuhrdrossel 1, im Folgenden kurz Drossel genannt, in einem Verbrennungsmotor beschrieben. Mittels der Drossel 1 wird der Ansaugdruck im Ansaugkrümmer des Motors eingestellt.
  • Die Steuerung/Regelung umfaßt eine Steuerung, die ein Steuersignal oder Voreinstellsignal u_ff zur Beeinflussung der Drossel 1 ausgibt. Das Ermitteln des Voreinstellsignals u_ff erfolgt anhand einer kalibrierten Abbildungsvorschrift 3, die das Stellsignal u_ff in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. Der anhand der Abbildungsvorschrift 3 ermittelte Wert für das Voreinstellsignal u_ff kann mittels einer Korrektureinheit 5 in Abhängigkeit von weiteren Betriebszuständen 6 des Motors korrigiert werden.
  • Außerdem umfaßt die Steuerung/Regelung einen Regelkreis mit einem Regler 7, der ein Stellsignal u_fb zum Beeinflussen der Drossel 1 ausgibt. Der Regler 7 erzeugt das Stellsignal u_fb als Antwort auf die Abweichung map_error des im Ansaugkrümmer gemessenen tatsächlichen Drucks map von einem Sollwert map_ref. Der Sollwert map_ref für den Druck im Ansaugkrümmer wird anhand einer kalibrierten Abbildungsvorschrift 9 ermittelt, die den Sollwert map_ref in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. Mittels einer Sollwertkorrektureinheit 11 kann, um Umgebungszustände und weitere Motorbetriebszustände 12 zu berücksichtigen, der anhand der Abbildungsvorschrift 11 ermittelte Sollwert eine Korrektur erfahren, bevor die Abweichung map_error des tatsächlichen Drucks map im Ansaugkrümmer vom Sollwert map_ref bestimmt wird. Die Abweichung map_error wird schließlich in den Regler eingegeben, der auf der Basis der Abweichung map_error daß Stellsignal u_fb berechnet.
  • In der Steuerung/Regelung wird das Stellsignal u_fb zum Voreinstellsignal u_ff hinzuaddiert, um ein Drosselsignal u als Einstellsignal actuator_cmd für den Stellantrieb der Drossel 1 zu erhalten. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann das Drosselsignal u in einer optionalen Skaliereinheit 13 noch eine Skalierung erfahren, so daß das skalierte Drosselsignal das eigentliche Einstellsignal actuator_cmd für den Stellantrieb der Drossel 1 darstellt.
  • Im Stand der Technik dient die Steuerung dazu, ein rasches Einstellen der Drossel 1 im nicht-stationären Betrieb des Motors zu ermöglichen, während die Regelung im stationären Betrieb des Motors das Korrigieren von Fehlern übernimmt, die aufgrund von Alterungseffekten oder Fertigungstoleranzen auftreten.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren wird nun das Stellsignal u_fb der Regelung herangezogen, um das Voreinstellsignal u_ff bspw. mittels eines Offsets ff_offset insbesondere wiederholt zu kalibrieren und so das Voreinstellsignal u_ff an veränderte Betriebsbedingungen des Motors, bspw. aufgrund von Alterungserscheinungen, anzupassen. Das derart angepasste bzw. aktualisierte Voreinstellsignal u_ff ermöglicht dann ein präziseres Einstellen der Drosselung.
  • Eine mögliche Vorgehensweise beim Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff wird nachfolgend mit Bezug auf das in Fig. 2 gezeigte Flußdiagramm beschrieben.
  • Nachdem der das Verfahren im Schritt 20 gestaltet worden ist, erfolgt zunächst in Schritt 22 eine Abfrage, ob eine Regelung der Drossel stattfindet. Falls dies verneint wird, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Wird die Abfrage nach der Regelung bejaht, so erfolgt im nächsten Schritt 24 eine Abfrage, ob das Kalibrieren des Voreinstellsignals zugelassen ist. Falls nicht, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Beide Bedingungen, d. h. Regelung der Drossel und Zugelassensein der Kalibrierung, müssen erfüllt sein, bevor das eigentliche Kalibrierungsverfahren in Schritt 26 beginnen kann. Falls keine Regelung der Drossel stattfindet, steht die notwendige Information zum Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff nicht zur Verfügung. Mittels der zweiten Bedingung kann ein Ausschalten der Kalibrierung, bspw. während der Aufwärmphase des Motors oder bei Betriebszuständen des Motors, in denen ein Kalibrieren nicht nötig ist, etwa während des Hochlastbetriebs des Motors, Berücksichtigung finden.
  • Zwar erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abfrage, ob eine Regelung der Drossel stattfindet, vor der Abfrage, ob das Kalibrieren des Voreinstellsignals zugelassen ist, jedoch ist diese Reihenfolge willkürlich gewählt kann und kann genauso gut umgedreht werden Sind beide Bedingungen erfüllt, so erfolgt in Schritt 26 eine Abfrage dahingehend, ob sich die Regelung und/oder der Motor in einem stationären Zustand befinden. Ein stationärer Zustand des Motors läßt sich bspw. feststellen, indem Grenzwerte für die Ableitungen der Motordrehzahl und des Drehmoments festgesetzt werden, bei deren Erreichen oder Unterschreiten ein stationärer Zustand des Motors vorliegt.
  • Ein stationärer Zustand des Motors zeichnet sich streng genommen dadurch aus, daß die Motordrehzahl und das Drehmoment konstant sind, d. h. die Ableitungen der Motordrehzahl und des Drehmoments nach der Zeit den Wert Null besitzen. Daher sollten die festgesetzten Grenzwerte nahe bei Null liegen. Je näher die Grenzwerte bei Null liegen, desto exakter ist ein stationärer Zustand beim Unterschreiten der Grenzwerte erreicht. Die Grenzwerte sollten daher insbesondere in Abhängigkeit davon gewählt werden, wie exakt der stationäre Zustand erreicht sein muß, um ein sinnvolles Kalibrieren des Voreinstellsignals u_ff zu ermöglichen.
  • Ein stationärer Zustand der Regelung ist gegeben, wenn das Stellsignal u_fb einen stationären (konstanten) Wert erreicht hat, d. h. die Abweichung map_error des tatsächlichen Drucks map im Ansaugkrümmer vom Sollwert map_ref den Wert Null erreicht hat. Aus Gründen der Praktikabilität reicht es aus, wenn die Abweichung map_error einen Grenzwert nahe Null erreicht oder unterschritten hat. Der Grenzwert sollte in Abhängigkeit davon gewählt werden, wie exakt der stationäre Zustand der Regelung erreicht sein muß, um ein sinnvolles Kalibrieren des Voreinstellsignals u ff zu ermöglichen.
  • Wenn die beschrieben Werte und ggf. die Werte weiterer relevanter Signale über eine bestimmte Zeitdauer konstant sind, wird in Schritt 26 das Vorliegen des stationären Zustandes festgestellt. Die Zeitdauer, über die die Konstanz vorliegen muß, kann frei gewählt werden. Wenn sie jedoch zu lange gewählt wird, kann dies dazu führen, daß selten stationäre Zustände festgestellt werden, so daß das Kalibrieren nur selten erfolgen kann. In der Regel beträgt die Zeitdauer wenige Sekunden.
  • Wenn in Schritt 26 der stationäre Zustand nicht festgestellt wird, kehrt das Wenn in Schritt 26 der stationäre Zustand nicht festgestellt wird, kehrt das Verfahren an seinen Ausgangspunkt zurück. Wird hingegen das Vorliegen eines stationären Zustandes festgestellt, so wird als nächstes in Schritt 28 der zum Voreinstellsignal u_ff hinzu zu addierende Offset ff_offset berechnet.
  • Das Berechnen des Offsets ff_ofsett geschieht wie folgt: Angenommen, das Voreinstellsignal besitze den Wert u_ff = x% und das Stellsignal den Wert u_fb = y%. Im idealen Fall, d. h. ohne Störungen oder veränderte Kenngrößen der Drossel, ist u_fb = 0, bei Vorliegen von Störungen oder veränderte Kenngrößen der Drossel hingegen nicht. Der Offset bei Vorliegen von Störungen oder veränderte Kenngrößen wird nun so ermittelt, daß im Wesentlichen u_fb = 0 hergestellt wird, d. h. das Voreinstellsignal den Wert u_ff = x% + y% annimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel muß nicht streng u_fb = 0 gelten. Stattdessen ist ein durch einen Wert α definierter Bereich zugelassen, in dem sich der Wert y% des Stellsignals u_fb bewegen darf, ohne daß ein Offset zum Voreinstellsignal hinzuaddiert wird. Der Wert des Offstes ff_offset berechnet sich dann folgendermaßen:
    ff_offset = y - α für y > α
    y + α für y < -α
    0 für |y| ≤ α
    wobei α ein einstellbarer Wert ist, der typischerweise bei ca. 3% bis 5% liegt.
  • Im auf das Berechnen des Offsets folgenden Schritt 30 erfolgt das Berechnen eines Korrekturterms für die kalibrierte Abbildungsvorschrift 3 (Fig. 1), die das Stellsignal u_ff in Abhängigkeit von der Motordrehzahl 2 und dem Motordrehmoment 4 ausgibt. In Schritt 32 wird die kalibrierte Abbildungsvorschrift 3 dann anhand des Korrekturterms aktualisiert bzw. korrigiert.
  • Der Korrekturterm kann bspw. der Gesamtwert des in Schritt 28 berechneten Offsets ff_offset sein. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Aktualisieren, d. h. das Korrigieren, der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 in Schritten erfolgen, die in ihrer Schrittweite nach oben begrenzt sind. Beträgt bspw. der Wert des Voreinstellsignals 50% in der Grundkalibrierung, obwohl er unter den aktuellen Betriebsbedingungen 65% betragen sollte, um den erwünschten Grad an Drosselung (wie er im Sollwert map_ref festgelegt ist) zu erzielen, so erfolgt in der einen Ausgestaltung das Aktualisieren der Abbildungsvorschrift von 50% auf 65% in einem einzigen Aktualisierungsschritt, wohingegen das Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 in der alternativen Ausgestaltung in mehreren kleinen Aktualisierungsschritten erfolgt, etwa in drei Schritten zu je 5% pro Schritt.
  • Das Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 kann die gesamte kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 betreffen, d. h. es erfolgt ein Aktualisieren der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 für alle Motorparameter. Alternativ kann es jedoch auch lediglich ein Aktualisieren desjenigen Teils der kalibrierten Abbildungsvorschrift 3 erfolgen, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen.
  • Nach dem Aktualisieren der kalibrieren Abbildungsvorschrift ist das Kalibrieren des Voreinstellsignals beendet und das Verfahren kehrt in seinen Ausgangszustand zurück. Falls zum Feststellen des stationären Zustandes in Schritt 26 ein Timer Verwendung findet, wird dieser vor der Rückkehr in den Ausgangszustand zurückgesetzt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in Form einer Hardwarelösung als auch in Form einer Softwarelösung realisiert werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters im Abgassystem eines mit einem Regelkreis zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestatteten Verbrennungsmotors unter Erhöhung der Abgastemperatur durch Drosseln der Frischluftzufuhr, wobei ein Stellsignal (u_fb) des Regelkreises mit einem Voreinstellsignal (u_ff) zu einem die Drosselung einstellenden Drosselsignal (u) kombiniert wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) anhand des Stellsignals (u_fb) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Kalibrieren des Voreinstellsignals anhand des Stellsignals wiederholt erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Kalibrieren anhand eines aus dem Stellsignal (u_fb) und dem Voreinstellsignal (u_ff) ermittelten Korrekturterms erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Korrekturterm anhand eines zum Voreinstellsignal (u_ff) hinzu zu addierenden und auf dem Stellsignal (u_fb) basierenden Offsets (ff_offset) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Offset definiert ist durch
    den Wert des Stellsignals (u_fb) abzüglich eines positiven Grenzwertes (α), falls der Wert des Stellsignals (u_fb) größer als der Grenzwert (α) ist,
    - durch den Wert des Stellsignals (u_fb) zuzüglich des Grenzwertes (α), falls der Wert des Stellsignals (u_fb) kleiner als das Negative des Grenzwertes (α) ist, und
    - durch den Wert Null, falls der Betrag des Stellsignals (u_fb) kleiner als oder gleich dem Grenzwert (α) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Korrekturterm durch den Offset (ff_offset) gegeben ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    Korrekturterm durch einen Bruchteil des Offsets (ff_offset) gegeben ist und daß das Kalibrieren in mehreren, der Anzahl der Bruchteile entsprechenden Kalibrierungsschritten erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    vor dem Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob sich der Regelkreis in einem stationären Betriebszustand befindet und das Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) nur dann erfolgt, wenn ein stationärer Betriebszustand des Regelkreises festgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Ermitteln des Voreinstellsignals (u_ff) anhand einer Abbildungsvorschrift erfolgt, welche einen Wert für das Voreinstellsignal (u_ff) in Abhängigkeit von Motorparametern des Verbrennungsmotors liefert, und daß zum Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff) die Abbildungsvorschrift aktualisiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zum Kalibrieren ein Aktualisieren der Abbildungsvorschrift für alle Motorparameter erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8 und Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zum Kalibrieren ein Aktualisieren desjenigen Teils der Abbildungsvorschrift erfolgt, dessen Motorparameter dem stationären Betriebszustand entsprechen.
  12. Verbrennungsmotor mit
    - einer Drosseleinrichtung zum Drosseln der Frischluftzufuhr,
    - einem Regelkreis, der zur Ausgabe eines Stellsignals (u_fb) zum Regeln der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist,
    - einer Steuereinheit, die zur Ausgabe eines Voreinstellsignals (u_ff) zum Voreinstellen der Drosselung der Frischluftluftzufuhr ausgestaltet ist, und
    - einer Kombiniereinheit, die zum Erzeugen eines die Drosselung einstellenden Drosselsignals (u) anhand einer Kombination des Voreinstellsignals (u_ff) mit dem Stellsignal (u_fb) ausgestaltet ist,
    - einem im Abgassystem angeordneten Partikelfilter, welcher unter Erhöhung der Abgastemperatur durch Drosselung der Frischluftzufuhr regenerierbar ist, und
    - einer Regenerationseinrichtung zum Regenerieren des Partikelfilters durch Drosselung der Frischluftzufuhr unter Erhöhung der Abgastemperatur
    gekennzeichnet
    durch eine Kalibriereinheit zum Kalibrieren des Voreinstellsignals (u_ff), die zum Ausführen des Verfahrens zum Regenerieren eines Partikelfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist.
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