EP1595065A1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine mit einer lambda-regelung - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine mit einer lambda-regelung

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EP1595065A1
EP1595065A1 EP04702331A EP04702331A EP1595065A1 EP 1595065 A1 EP1595065 A1 EP 1595065A1 EP 04702331 A EP04702331 A EP 04702331A EP 04702331 A EP04702331 A EP 04702331A EP 1595065 A1 EP1595065 A1 EP 1595065A1
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adaptation
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    • F02D41/2441—Methods of calibrating or learning characterised by the learning conditions

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine with a lambda control.
  • the interaction of component-specific tolerances of the system components leads to deviations in the mixture pilot control.
  • the system tolerance After activation of the mixture control by the lambda control and by the mixture control when the internal combustion engine is warm, the system tolerance is minimized and subsequently only makes a very small contribution to the emission behavior of the internal combustion engine.
  • the system tolerances only have a direct effect on the emission behavior of the internal combustion engine immediately after the internal combustion engine is started.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling an internal combustion engine with a lambda control, which lowers the exhaust gas emission by simple means before the lambda control is used.
  • the object is achieved by a method having the features from claim 1.
  • Advantageous embodiments of the method form the subject of the subclaims.
  • a check is made in a first phase after the start of the internal combustion engine to determine whether there are predetermined activation conditions. If these activation conditions are present, an adaptation value for determining the fuel mixture as a function of the measured temperature for the internal combustion engine is determined via a characteristic curve. The method is based on the knowledge that, depending on the starting temperature of the internal combustion engine, the mixture pre-control leads to deviations of the combustion lambda of different degrees and thus to poorer emission values than in the case of a reference system.
  • an adaptation value is used to determine the fuel mixture, which takes into account the temperature of the internal combustion engine when starting. The activation conditions ensure that a
  • the fuel quantity is only adapted if the requirements are met. For example, this prevents the fuel quantity from being adapted during a warm start.
  • an activation condition is that the internal combustion engine is cold started and the internal combustion engine is idling located. It has been found that it is precisely for this activation condition that adaptation values can be determined particularly reliably from the controller parameters of the lambda controller. In this case, it is expedient to ensure that the controller parameters have assumed a stable value.
  • the adaptation value can also be calculated from the controller parameters if they have settled and / or the lambda control is operated for more than a predetermined period of time. It has been found that a short period of time, for example 10-20 seconds after the cold start and before the first start-up, is sufficient to reliably determine the adaptation values from the controller parameters of the lambda controller.
  • the adaptation value is preferably determined from an integral part of the lambda controller.
  • the pilot control can be corrected with the integral component if necessary.
  • the integral component is therefore particularly suitable for determining the adaptation value before the lambda control is started.
  • the characteristic curve is adapted and compared with the adaptation values previously taken into account in the characteristic curve. Appropriately chosen calculation methods ensure that an adaptation value so far from the characteristic curve leads directly to a strong change in the characteristic curve.
  • the adaptation value is preferably weighted by the number of firing cycles that have elapsed after the start. This weighting takes into account the fact that the adaptation value is suitable for cold internal combustion engine conditions and is weighted increasingly weaker with increasing combustion cycles and thus increasing warming of the internal combustion engine.
  • a first step 10 after starting the internal combustion engine, it is checked whether the activation conditions (A) exist.
  • A activation condition
  • the internal combustion engine is idling and whether there is a cold start.
  • the method therefore begins in an idling phase, which follows the start when the internal combustion engine is not at operating temperature. In this state of the internal combustion engine, the lambda probes are not yet ready for operation, so that the air / fuel mixture cannot yet be regulated.
  • an adaptation value is determined from a characteristic curve.
  • the temperature of the internal combustion engine is measured in step 12 and the corresponding adaptation value is read out from the characteristic curve plotted against the temperature.
  • the adaptation value indicates how the injected fuel quantity is to be adapted to the operating temperature.
  • a basic value for a fuel quantity can be specified, which is increased or decreased by the adaptation value depending on the operating temperature of the internal combustion engine.
  • the adaptation value is weighted in step 14.
  • Weighting can be provided, for example, that the adaptation value initially comes in with the weight 1 and is only evaluated with the weight 0.2 after, for example, 800 combustion cycles.
  • step 16 the fuel quantity is calculated and injected in accordance with the adaptation value.
  • a second phase of the exemplary embodiment it is checked whether the adaptation conditions (B) are present.
  • the characteristic curve is adapted to the specific characteristics of the internal combustion engine.
  • an adaptation Condition is checked whether the internal combustion engine continues to be operated at idle when the lambda control is used.
  • a mixture adaptation value is determined from the I component of the lambda controller using low-pass filtering.
  • New adaptation value means that an adaptation value suitable for adapting the characteristic curve was calculated in step 20. It is also determined whether the I component of the lambda controller has already stabilized sufficiently to be able to reliably determine the adaptation value from it. If this is not the case, the method is ended without the characteristic curve having been adapted.
  • step 22 If it is determined in step 22 that there is a new adaptation value, this is subsequently stored in the characteristic curve.
  • Known interpolation or extrapolation methods are preferably used here in order to reliably obtain a characteristic curve from the determined adaptation values.
  • step 26 After the characteristic curve has been adjusted, the method according to the invention ends in step 26.
  • the previously determined adaptation value is initialized with the stored value immediately after the transition from idle to start and included in the mixture pre-control.
  • the adaptation value is converted into a fuel injection quantity, there is also a weighting over the combustion cycles that have expired up to this moment, since the influence of an inaccurate injection quantity on the mixture deviation does not take place linearly with the running time after a cold start.
  • the compensation of the mixture deviation that takes place in this way is taken into account as long as the activation conditions are fulfilled or the method changes to the adaptation phase. This ensures that the system behavior changes over the life of the components and does not lead to a deterioration in the emission values.
  • the initialization value from the adaptation map is used.
  • the adaptation values can also be reinitialized, for example, after a repair or the replacement of a component.
  • adaptation values are also a measure of the effectiveness of the heating measures on the catalyst. Significant deviations in the adaptation values can thus also be used for diagnosing the cold start strategy and for heating up the catalyst.

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Abstract

Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, die Emissionswerte einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart in der Leerlaufphase zu verbessern. Hierzu wird abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine ein Adaptionswert für die erforderliche Kraftstoffmenge einer Kennlinie entnommen und bei laufender Lambda-Regelung überprüft, ob vorbestimmte Adaptionsbedingungen vorliegen. Ist dies der Fall wird aus den Reglerparametern des Lambda-Reglers ein Adaptionswert bestimmt und die Kennlinie abhängig von dem neu bestimmten Adaptionswert und der gemessenen Temperatur der Brennkraftmaschine angepasst.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung.
Bei Brennkraftmaschinen kommt es durch das Zusammenwirken von bauteilspezifischen Toleranzen der Systemkomponenten,, wie beispielsweise Einspritzventile, Lasterfassungssensoren, etc. zu Abweichungen in der Gemischvorsteuerung. Nach Aktivierung der Gemischregelung durch die Lambda-Regelung und durch die Gemischregelung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine wird die Systemtoleranz minimiert und trägt nachfolgend nur in sehr geringem Maße zum Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine bei. Lediglich unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine wirken die Systemtoleranzen sich direkt auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine aus.
Die bisher einzige Möglichkeit eine wirkungsvolle Gemischvorsteuerung vor einem Einsetzen der Lambda-Regelung sicherzustellen, bestand darin, die Toleranzen für die Systemkomponenten je nach ihrem Beitrag zu dem Emissionsverhalten zu be- schränken. Nachteilig hierbei ist, dass sehr große Fertigungsgenauigkeiten vorgegeben werden müssen, die die Kosten deutlich erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung bereitzustellen, das vor Einsetzen der Lambda-Regelung mit einfachen Mitteln die Abgasemission senkt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bilden den Gegenstand der ünteransprüche . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer ersten Phase nach dem Start der Brennkraftmaschine überprüft, ob vorbestimmte Aktivierungsbedingungen vorliegen. Sind diese Aktivierungsbedingungen gegeben, wird über eine Kennlinie ein A- daptionswert für die Bestimmung des Kraftstoffgemischs abhängig von der gemessenen Temperatur für die Brennkraftmaschine bestimmt. Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass abhängig von der Starttemperatur der Brennkraftmaschine die Gemischvorsteuerung zu unterschiedlich starken Abweichungen des Verbrennungs-Lambdas und somit zu schlechteren Emissionswerten als bei einem Referenzsystem führt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für die Bestimmung des Kraftstoffgemischs auf einen Adaptionswert zurückgegriffen, der die Temperatur der Brennkraftmaschine beim Start berücksich- tigt. Die Aktivierungsbedingungen stellen sicher, dass eine
Adaption der Kraftstoffmenge nur erfolgt, wenn die Voraussetzungen dafür gegeben sind. So wird beispielsweise vermieden, dass bei einem Warmstart eine Adaption der Kraftstoffmenge erfolgt .
Um die Kennlinie für die Adaptionswerte abhängig von der Temperatur individuell anzupassen, wird bei laufender Lambda- Regelung geprüft, ob vorbestimmte Adaptionsbedingungen vorliegen. Sind die Adaptionsbedingungen erfüllt, so wird aus Reglerparametern des Lambda-Reglers ein Adaptionswert bestimmt und die Kennlinie abhängig von dem neu bestimmten A- daptionswert sowie der gemessenen Temperatur der Brennkraftmaschine angepasst. Auf diese Weise wird die Kennlinie durch die neu bestimmten Adaptionswerte an die Besonderheiten der Brennkraftmaschine angepasst. Insbesondere werden bei dieser Vorgehensweise auch Alterungsprozesse, Toleranzen von Systemkomponenten und sonstige spezifische Eigenschaften der Brennkraftmaschine erfasst.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist eine Aktivierungsbedingung, dass ein Kaltstart der Brennkraftmaschine erfolgt und die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf befindet. Es hat sich herausgestellt, dass gerade für diese Aktivierungsbedingung Adaptionswerte besonders zuverlässig aus den Reglerparametern des Lambda-Reglers bestimmt werden können. Hierbei wird zweckmäßiger Weise darauf abgestellt, dass die Reglerparameter einen stabilen Wert angenommen haben. Auch kann die Berechnung des Adaptionswertes aus den Reglerparametern erfolgen, wenn diese eingeschwungen sind und/oder die Lambda-Regelung für mehr als einen vorbestimmten Zeitraum betrieben wird. Es hat sich herausgestellt, dass be- reits eine kurze Zeitdauer von beispielsweise 10-20 Sekunden nach dem Kaltstart und vor dem ersten Anfahren ausreicht, um zuverlässig aus den Reglerparametern des Lambda-Reglers die Adaptionswerte zu bestimmen.
Die Bestimmung des Adaptionswerts erfolgt bevorzugt aus einem Integralanteil des Lambda-Reglers. Mit dem Integralanteil kann die Vorsteuerung bei Bedarf korrigiert werden. Daher ist der Integralanteil besonders für die Bestimmung des Adaptionswerts vor Einsetzen der Lambda-Regelung geeignet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Anpassung der Kennlinie und der Vergleich mit den bisher in der Kennlinie berücksichtigten Adaptionswerten. Durch geeignet gewählte Berechnungsverfahren wird sichergestellt, dass ein so weit von der Kennlinie entfernter Adaptionswert direkt zu einer starken Änderung der Kennlinie führt.
Bevorzugt wird der Adaptionswert über die Anzahl der nach dem Start abgelaufenen Brennzyklen gewichtet. Diese Gewichtung trägt dem Umstand Rechnung, dass der Adaptionswert für kalte Brennkraftmaschinenbedingungen geeignet ist und mit zunehmenden Verbrennungszyklen und damit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine bevorzugt immer schwächer gewichtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Beispiels näher erläutert. In einem ersten Schritt 10 nach dem Start der Brennkraftmaschine wird überprüft, ob die Aktivierungsbedingungen (A) vorliegen. Als Aktivierungsbedingung wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf befindet und ob ein Kalt- start vorliegt. Das Verfahren setzt also in einer Leerlaufphase ein, die sich an den Start bei nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine anschließt. In diesem Zustand der Brennkraftmaschine sind die Lambda-Sonden noch nicht betriebsbereit, so dass eine Regelung des Luft/-Kraftstoffgemischs noch nicht erfolgen kann.
In einem nachfolgenden Schritt 12 wird aus einer Kennlinie ein Adaptionswert bestimmt. Hierzu wird in Schritt 12 die Temperatur der Brennkraftmaschine gemessen und in der über die Temperatur aufgetragene Kennlinie, der entsprechende A- daptionswert ausgelesen. Der Adaptionswert gibt an, wie die eingespritzte Kraftstoffmenge an die Betriebstemperatur anzupassen ist. Hierzu kann beispielsweise ein Grundwert für eine Kraftstoffmenge vorgegeben sein, der durch den Adaptionswert abhängig von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erhöht oder erniedrigt wird.
Um zu berücksichtigen, dass die Temperatur der Brennkraftmaschine sich mit der Zeit und damit mit den Verbrennungszyklen erhöht, wird der Adaptionswert in Schritt 14 gewichtet. Als
Wichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass anfänglich der Adaptionswert mit dem Gewicht 1 eingeht und nach beispielsweise 800 Verbrennungszyklen lediglich nur noch mit dem Gewicht 0,2 bewertet wird.
In Schritt 16 wird die Kraftstoffmenge entsprechend dem Adaptionswert berechnet und eingespritzt.
In einer zweiten Phase des Ausführungsbeispiels wird über- prüft, ob die Adaptionsbedingungen (B) vorliegen. In der zweiten Phase wird die Kennlinie an die spezifischen Besonderheiten der Brennkraftmaschine angepasst. Als Adaptionsbe- dingung wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine bei Einsetzen der Lambda-Regelung weiterhin im Leerlauf betrieben wird. In diesem Fall wird aus dem I-Anteil des Lambda-Reglers über eine Tiefpassfilterung ein Gemischadaptionswert bestimmt. Für den in Schritt 20 berechneten Adaptionswert wird in Schritt 22 überprüft, ob es sich hierbei um einen neuen Adaptionswert handelt. Neuer Adaptionswert bedeutet hierbei, dass in Schritt 20 überhaupt ein zur Anpassung der Kennlinie geeigneter Adaptionswert berechnet wurde. Ferner wird festgestellt, ob der I-Anteil des Lambda-Reglers sich bereits hinreichend stabilisiert hat, um zuverlässig aus diesem den Adaptionswert bestimmen zu können. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren beendet, ohne dass die Kennlinie adaptiert wurde.
Wird in Schritt 22 festgestellt, dass ein neuer Adaptionswert vorliegt, so wird dieser nachfolgend in der Kennlinie gespeichert. Hierbei werden bevorzugt bekannte Interpolations- bzw. Extrapolationsverfahren angewendet, um aus den bestimmten A- daptionswerten zuverlässig eine Kennlinie zu gewinnen.
Nach der Anpassung der Kennlinie endet das erfindungsgemäße Verfahren in Schritt 26.
Wird die Brennkraftmaschine irgendwann später wieder bei ver- gleichbaren Temperaturbedingungen gestartet und sind die Aktivierungsbedingungen erfüllt, wird der vorher ermittelte A- daptionswert sofort nach Übergang von Start in den Leerlauf mit dem abgespeicherten Wert initialisiert und in die Gemischvorsteuerung eingerechnet. Bevor der Adaptionswert in eine Kraftstoffeinspritzmenge umgesetzt wird, findet zusätzlich noch eine Wichtung über die bis zu diesem Moment abgelaufenen Verbrennungszyklen statt, da der Einfluss einer ungenauen Einspritzmenge auf die Gemischabweichung nicht linear mit der Laufzeit nach einem Kaltstart erfolgt. Die so statt- findende Kompensation der Gemischabweichung wird so lange berücksichtigt, so lange die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind oder das Verfahren in die Adaptionsphase überwechselt. Somit ist sichergestellt, dass auch auf das sich ändernde Systemverhalten über die Lebensdauer der Komponenten adaptiert wird und nicht zu einer Verschlechterung der Emissionswerte führt.
Sind vorher noch keine Adaptionswerte ermittelt worden, wird der Initialisierungswert aus dem Adaptionskennfeld verwendet. Die Adaptionswerte können ebenfalls beispielsweise nach einer Reparatur oder dem Austausch einer Komponente neu initiali- siert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile:
Niedrigere Emission bei gleicher Toleranzanforderung an die Systemkomponenten, - stabileres Emissionsverhalten bei Alterung der Komponenten, - Vermeidung des sogenannten Greeneffekt, bei dem durch die Verwendung einer neuen Komponente es zu einer sprunghaften Änderung der Systemeigenschaften kommt.
Ferner sind die Adaptionswerte auch ein Maß für die Effektivität der Aufheizmaßnahmen an dem Katalysator. Deutliche Abweichungen in den Adap ionswerten können somit auch zur Diagnose der Kaltstartstrategie und für das Aufheizen des Kataly- sators verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Regelung, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird überprüft (10), ob vorbestimmte Aktivierungsbedingungen vorliegen, - liegen die Aktivierungsbedingungen vor, wird die Temperatur der Brennkraftmaschine gemessen (12) und über eine Kennlinie ein Adaptionswert für die Bestimmung des Kraftstoffgemischs abhängig von der gemessenen Temperatur bestimmt (12) , - bei laufender Lambda-Regelung überprüft wird (18) , ob vorbestimmte Adaptionsbedingungen vorliegen, liegen die Adaptionsbedingungen vor, wird aus den Regelparametern des Lambda-Reglers ein Adaptionswert bestimmt (20) und die Kennlinie abhängig von dem neu be- stimmten Adaptionswert und der gemessenen Temperatur der Brennkraftmaschine angepasst (24) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsbedingungen folgende Bedingungen aufwei- sen:
Start bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Temperatur, Brennkraftmaschine befindet sich im Leerlauf.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsbedingungen die Bedingung aufweist, dass die Brennkraftmaschine im Leerlauf arbeitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Adaptionswert aus stabilen Reglerparametern berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass stabile Reglerparameter erkannt werden, wenn die Werte der Reglerparameter eingeschwungen sind und/oder die Lambda-Regelung für mehr als eine vorbestimmte Mindestzeit aktiviert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Adaptionswert aus dem Integralan- teil des Lambda-Reglers gewonnen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anpassung der Kennlinie ein Vergleich mit bisher berücksichtigten Adaptionswerten er- folgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Adaptionswert zur Korrektur der Einspritzmenge über die Brennzyklen bis zum Einsetzen der Lambda-Regelung gewichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Anzahl der Brennzyklen die Gewichtung des Adapti- onswertes abnimmt.
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