EP1595065B1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine mit einer lambda-regelung - Google Patents

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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 precontrol.
  • the system tolerance After activation of the mixture control by the lambda control and by the mixture control at operating warm internal combustion engine, the system tolerance is minimized and subsequently contributes only to a very limited extent to the emission behavior of the internal combustion engine. Only immediately after the start of the internal combustion engine, the system tolerances act directly on the emission behavior of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling an internal combustion engine with a lambda control, which lowers the exhaust emission with simple means before the lambda control.
  • an adaptation value for the determination of the fuel mixture is determined as a function of the measured temperature for the internal combustion engine via a characteristic curve.
  • the method is based on the knowledge that, depending on the starting temperature of the internal combustion engine, the mixture precontrol leads to different deviations of the combustion lambda and thus to worse emission values than in the case of a reference system.
  • an adaptation value which takes into account the temperature of the internal combustion engine at startup is used for the determination of the fuel mixture.
  • the activation conditions ensure that an adaptation of the fuel quantity takes place only if the conditions are met. For example, it is avoided that an adaptation of the fuel quantity takes place during a warm start.
  • the characteristic curve is adapted by the newly determined adaptation values to the special features of the internal combustion engine.
  • this procedure also includes aging processes, tolerances of system components and other specific properties of the internal combustion engine.
  • an activation condition is that a cold start of the internal combustion engine takes place 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. This is expediently based on the fact that the controller parameters have assumed a stable value. The calculation of the adaptation value can also be carried out from the controller parameters if these are settled and / or the lambda control is operated for more than a predetermined period of time. It has been found that even a short period of time, for example 10-20 seconds after the cold start and before the first start, is sufficient to reliably determine the adaptation values from the controller parameters of the lambda controller.
  • the determination of the adaptation value preferably takes place from an integral part of the lambda controller.
  • the integral component With the integral component, the feedforward control can be corrected if necessary. Therefore, the integral component is particularly suitable for the determination of the adaptation value before the lambda control is started.
  • the adaptation of the characteristic curve and the comparison with the previously considered in the characteristic adaptation values are provided.
  • the adaptation value is 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 engine conditions and, with increasing combustion cycles and thus increasing heating of the internal combustion engine, is always weighted less and less.
  • a first step 10 after the start of the internal combustion engine it is checked whether the activation conditions (A) are present.
  • the activation condition it is checked whether the internal combustion engine is idling and whether a cold start is present.
  • the method starts in an idle phase, which is followed by the start of the non-operationally warm combustion engine.
  • the lambda probes are not yet ready for operation, so that regulation of the air / fuel mixture can not yet take place.
  • an adaptation value is determined from a characteristic curve.
  • the temperature of the internal combustion engine is measured in step 12 and read out in the over the temperature applied characteristic, the corresponding adaptation value.
  • the adaptation value indicates how the injected fuel quantity is to be adapted to the operating temperature.
  • a basic value for a fuel quantity may be predetermined, which is increased or decreased by the adaptation value as a function of the operating temperature of the internal combustion engine.
  • the adaptation value is weighted in step 14.
  • weighting can be provided, for example, that initially enters the adaptation value with the weight 1 and after 800 combustion cycles, for example, only with the weight 0.2 is evaluated.
  • step 16 the amount of fuel corresponding to the adaptation value is calculated and injected.
  • the adaptation conditions (B) are present.
  • the characteristic curve is adapted to the specific characteristics of the internal combustion engine.
  • an adaptation condition It is checked whether the internal combustion engine is still operating at the onset of lambda control at idle.
  • a mixture adaptation value is determined from the I component of the lambda controller via low-pass filtering.
  • New adaptation value here means that in step 20 a suitable adaption value for adapting the characteristic curve was calculated.
  • step 22 If it is determined in step 22 that a new adaptation value is present, then this is subsequently stored in the characteristic curve.
  • known interpolation or extrapolation methods are preferably used in order to reliably obtain a characteristic curve from the determined adaptation values.
  • step 26 After the characteristic has been adapted, the method according to the invention ends in step 26.
  • the previously determined adaptation value is initialized immediately after the transition from start to idle with the stored value and included in the mixture precontrol.
  • an additional weighting takes place over the combustion cycles that have elapsed up to this moment, since the influence of an inaccurate injection quantity on the mixture deviation does not occur linearly with the transit time after a cold start.
  • the compensation of the mixture deviation taking place in this way is taken into account as long as the activation conditions are fulfilled or the method changes over to the adaptation phase.
  • 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 the diagnosis of the cold-start strategy and for the heating of 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

  • 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 beschränken. 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 Unteransprüche.
  • 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 Adaptionswert 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 berücksichtigt. 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 Adaptionswert 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 bereits 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.
  • Erfindungsgemäß 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 Kaltstart 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 Adaptionswert 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 überprüft, ob die Adaptionsbedingungen (B) vorliegen. In der zweiten Phase wird die Kennlinie an die spezifischen Besonderheiten der Brennkraftmaschine angepasst. Als Adaptionsbedingung 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 Adaptionswerten zuverlässig eine Kennlinie zu gewinnen.
  • Nach der Anpassung der Kennlinie endet das erfindungsgemäße Verfahren in Schritt 26.
  • Wird die Brennkraftmaschine irgendwann später wieder bei vergleichbaren Temperaturbedingungen gestartet und sind die Aktivierungsbedingungen erfüllt, wird der vorher ermittelte Adaptionswert 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 stattfindende 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 initialisiert 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 Adaptionswerten können somit auch zur Diagnose der Kaltstartstrategie und für das Aufheizen des Katalysators verwendet werden.

Claims (8)

  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 wird überprüft (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 bestimmten Adaptionswert und der gemessenen Temperatur der Brennkraftmaschine angepasst (24), und
    - liegen die Adaptionsbedingungen nicht vor, unterbleibt eine Anpassung der Kennlinie,
    gekennzeichnet durch den weiteren Schritt
    - Gewichten des Adaptionswerts zur Korrektur der Einspritzmenge über die Brennzyklen bis zum Einsetzen der Lambda-Regelung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsbedingungen folgende Bedingungen aufweisen:
    - 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 Integralanteil 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 erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Anzahl der Brennzyklen die Gewichtung des Adaptionswertes abnimmt.
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