ITMI962624A1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR THE CONTROL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
PROCEDURE AND DEVICE FOR THE CONTROL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDFInfo
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Description
Procedimento e dispositivo per il comando di un motore a combustione interna Method and device for controlling an internal combustion engine
Stato della tecnica State of the art
L'invenzione riguarda un procedimento e un dispositivo per il comando di un motore a combustione interna secondo i preamboli delle rivendicazioni indipendenti. The invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
Un tale procedimento e un tale dispositivo per il comando dì un motore a combustione interna sono noti dalla EP-A 0 621 400. Ivi vengono descritti un procedimento e un dispositivo per il comando di un motore a combustione interna, nei quali viene dosato combustibile per un motore a combustione interna, che viene bruciato nel motore a combustione interna. Inoltre è previsto un catalizzatore. Per il motore a combustione interna viene dosato combustibile in modo che una parte di questo combustibile giunga incombusto nel catalizzatore tramite le tubazioni dei gas di scarico, ed ivi reagisca con gli ossidi di azoto (NOX). Such a method and such a device for controlling an internal combustion engine are known from EP-A 0 621 400. Therein are described a method and a device for controlling an internal combustion engine, in which fuel is metered for an internal combustion engine, which is burned in the internal combustion engine. In addition, a catalyst is provided. For the internal combustion engine, fuel is metered so that a part of this fuel reaches the catalyst unburned via the exhaust gas lines, and reacts there with nitrogen oxides (NOX).
Questa quantità di combustibile ulteriormente dosata deve essere determinata in maniera molto precisa, poiché con una quantità troppo esigua la reazione avviene in maniera soltanto insufficiente, e con una quantità eccessiva vengono espulsi idrocarburi (HC) incombusti con i gas di scarico. This additionally metered fuel quantity must be determined very precisely, since with too small a quantity the reaction occurs only insufficiently, and with an excessive quantity unburned hydrocarbons (HC) are expelled with the exhaust gases.
Compito dell'invenzione Task of the invention
È compito dell'invenzione determinare, in un procedimento e in un dispositivo del tipo detto inizialmente per il comando di un motore a combustione interna, la quantità di combustibile ulteriormente dosata in modo che le emissioni nei gas di scarico, in particolare le emissioni di NOX e HC, vengano minimizzate. It is the object of the invention to determine, in a method and in a device of the type initially mentioned for controlling an internal combustion engine, the quantity of fuel further metered so that the emissions in the exhaust gases, in particular the NOX emissions and HC, are minimized.
Vantaggi dell'invenzione Advantages of the invention
Per mezzo del modo di procedere secondo invenzione è possibile minimizzare sia le emissioni di NOX che le emissioni di HC. By means of the procedure according to the invention it is possible to minimize both NOX emissions and HC emissions.
Elaborazioni vantaggiose e opportune dell'invenzione sono caratterizzate nelle sottorivendicazioni. Advantageous and suitable elaborations of the invention are characterized in the sub-claims.
Disegno Drawing
L'invenzione viene di seguito illustrata sulla scorta della forma di esecuzione raffigurata nel disegno. L'unica figura mostra un diagramma a blocchi del modo di procedere secondo invenzione. The invention is illustrated below on the basis of the embodiment shown in the drawing. The single figure shows a block diagram of the procedure according to the invention.
Descrizione dell'esempio di esecuzione Description of the execution example
Con 100 è indicato un servoelemento, che stabilisce la quantità di combustibile o di idrocarburi. Questo servoelemento viene sollecitato con un segnale MHC, che corrisponde alla quantità di idrocarburi da dosare. Questo segnale MHC viene reso disponibile da un punto di correlazione 105. A questo punto di correlazione vengono addotti il segnale MHCS di una sommatoria 110 e il segnale di uscita TF di un filtro 120. 100 indicates a servo element, which establishes the quantity of fuel or hydrocarbons. This servo element is triggered with an MHC signal, which corresponds to the quantity of hydrocarbons to be dosed. This MHC signal is made available by a correlation point 105. At this correlation point the MHCS signal of a summation 110 and the output signal TF of a filter 120 are added.
La sommatoria 110 viene sollecitata con un segnale MHCK, il segnale di uscita di un punto di correlazione 125. Al primo ingresso del punto di correlazione 125 è presente il segnale di uscita di una selezione di minima 130, il cui primo ingresso viene sollecitato con un segnale MHCW, che corrisponde al segnale di uscita di un punto di correlazione 132. Al primo ingresso del punto di correlazione 132 è presente con segno positivo il segnale MHCT, che corrisponde al segnale di uscita di un punto di correlazione 134. Al primo ingresso del punto di correlazione 134 è presente un segnale MNOX, che corrisponde al segnale di uscita di un punto di correlazione 136. Al primo ingresso del punto di correlazione 136 si trova il segnale di uscita di un punto di correlazione 138, al cui primo ingresso è presente un segnale NOXG. The summation 110 is solicited with a signal MHCK, the output signal of a correlation point 125. At the first input of the correlation point 125 there is the output signal of a minimum selection 130, the first input of which is solicited with a signal MHCW, which corresponds to the output signal of a correlation point 132. At the first input of the correlation point 132, the MHCT signal is present with a positive sign, which corresponds to the output signal of a correlation point 134. At the first input of the correlation point correlation point 134 there is an MNOX signal, which corresponds to the output signal of a correlation point 136. At the first input of the correlation point 136 there is the output signal of a correlation point 138, at whose first input there is a NOXG signal.
Questo segnale NOXG viene reso disponibile da un diagramma caratteristico NOX 140. Il diagramma caratteristico 140 viene sollecitato con un segnale N di numero di giri di un sensore 142 del numero di giri, e da una quantità di combustibile QK da iniettare, resa disponibile dal comando 144 del combustibile. Al secondo ingresso del punto di correlazione 138 è presente un segnale NOXT, che proviene da un diagramma caratteristico 145 di funzionamento a caldo. Il diagramma caratteristico di funzionamento a caldo viene sollecitato con una temperatura TW dell'acqua di raffreddamento, determinata per mezzo di un sensore di temperatura 147. La correlazione nel punto di correlazione 138 avviene preferibilmente in maniera moltiplicativa. This NOXG signal is made available by a NOX characteristic diagram 140. The characteristic diagram 140 is stimulated by a speed signal N of a speed sensor 142, and by a quantity of fuel QK to be injected, made available by the control 144 of the fuel. At the second input of the correlation point 138 there is a signal NOXT, which comes from a characteristic diagram 145 of hot operation. The hot-running characteristic diagram is stimulated with a temperature TW of the cooling water, which is determined by means of a temperature sensor 147. The correlation at the correlation point 138 is preferably multiplicative.
Al secondo ingresso del punto di correlazione 136 è presente il segnale di uscita NOXE di una regolazione 150 del recupero dei gas di scarico. Questa regolazione 150 elabora un segnale di uscita di un punto di correlazione 152. Al primo ingresso del punto di correlazione 152 è presente con segno positivo un segnale ES, che proviene da un diagramma caratteristico 154 del tasso di recupero dei gas di scarico. In questo diagramma caratteristico è memorizzato il segnale ES in funzione del numero di giri M e della quantità di combustibile QK. Al secondo ingresso del punto di correlazione 152 è presente con segno negativo un segnale EI, che proviene da una rilevazione del valore effettivo 156. La correlazione nel punto di correlazione avviene preferibilmente in maniera additiva. At the second input of the correlation point 136 there is the NOXE output signal of an exhaust gas recovery adjustment 150. This adjustment 150 processes an output signal of a correlation point 152. At the first input of the correlation point 152 there is a positive sign ES, which comes from a characteristic diagram 154 of the exhaust gas recovery rate. In this characteristic diagram, the signal ES is stored as a function of the speed M and the amount of fuel QK. At the second input of the correlation point 152 a signal EI is present with a negative sign, which comes from a detection of the actual value 156. The correlation at the correlation point preferably takes place in an additive manner.
Al secondo ingresso del punto di correlazione 134 è presente un segnale di uscita X di un diagramma caratteristico dei fattori 160. Al diagramma caratteristico dei fattori vengono parimenti addotti il numero di giri N e la quantità di combustibile QK da iniettare. La correlazione nel punto di correlazione 134 avviene preferibilmente in maniera moltiplicativa. At the second input of the correlation point 134 there is an output signal X of a characteristic diagram of the factors 160. The number of revolutions N and the quantity of fuel QK to be injected are also added to the characteristic diagram of the factors. The correlation at the correlation point 134 is preferably multiplicative.
Al secondo ingresso del punto di correlazione 132 è presente con segno negativo un segnale MHCR, che corrisponde al segnale di uscita di uno dei punti di correlazione 162. La correlazione nel punto di correlazione 132 avviene preferibilmente in maniera additiva. At the second input of the correlation point 132 an MHCR signal is present with a negative sign, which corresponds to the output signal of one of the correlation points 162. The correlation at the correlation point 132 is preferably additive.
Al punto di correlazione 162 viene addotto un segnale di uscita HCT di un diagramma caratteristico di temperatura 170. Nel diagramma caratteristico HC è memorizzata la grandezza HCG in funzione della temperatura TW dell'acqua di raffreddamento. La correlazione nel punto di correlazione 162 avviene preferibilmente in maniera moltiplicativa. At the correlation point 162 an output signal HCT of a temperature characteristic diagram 170 is supplied. In the characteristic diagram HC the quantity HCG is stored as a function of the cooling water temperature TW. The correlation at the correlation point 162 is preferably multiplicative.
Al secondo ingresso della selezione di minima 130 è presente un segnale MHCM di un diagramma caratteristico di limitazione 175, al quale vengono addotte quali grandezze di ingresso il numero di giri N e la quantità di combustibile QK da iniettare. At the second input of the minimum selection 130 there is a signal MHCM of a characteristic limiting diagram 175, to which the number of revolutions N and the quantity of fuel QK to be injected are added as input quantities.
Al secondo ingresso del punto di correlazione 125, che correla i due segnali in maniera preferibilmente additiva, è presente il segnale di uscita DHC di una correzione 182 dinamica, che a sua volta elabora il segnale di uscita di un filtro DT1 180, sollecitato con la quantità di combustibile QK da iniettare. At the second input of the correlation point 125, which correlates the two signals preferably additively, there is the output signal DHC of a dynamic correction 182, which in turn processes the output signal of a filter DT1 180, stimulated with the quantity of QK fuel to be injected.
Al secondo ingresso del punto di correlazione 105 è presente il segnale di uscita TS di un filtro 120 in funzione della temperatura. Il filtro 120 elabora un segnale di temperatura T, che viene reso disponibile da un punto d correlazione 190. Il primo ingresso del punto di correlazione 190 viene sollecitato con un segnale di un punto di correlazione 191. Al primo ingresso del punto di correlazione 191 giunge un segnale di temperatura TK di un sensore di temperatura, disposto dopo il catalizzatore. Al secondo ingresso del punto di correlazione 191 viene addotto un segnale T4, reso disponibile da un punto di correlazione 192. Al primo ingresso del punto di correlazione 192 viene addotto un segnale di uscita di un diagramma caratteristico 196, che elabora il numero di giri e la quantità di combustibile. Al secondo ingresso del punto di correlazione 192 viene addotto il segnale di uscita di un diagramma caratteristico di temperatura 194, che elabora la temperatura TW dell'acqua di raffreddamento. Il punto di correlazione 192 correla le due grandezze in maniera preferibilmente moltiplicativa. Il punto di correlazione 191 correla i due segnali di ingresso in maniera preferibilmente additiva. Al secondo ingresso del punto di correlazione 190 si trova il segnale di uscita di un'impostazione del fattore 198. Nel punto di correlazione 190 la correlazione avviene preferibilmente in maniera moltiplicativa. At the second input of the correlation point 105 there is the output signal TS of a filter 120 as a function of the temperature. The filter 120 processes a temperature signal T, which is made available by a correlation point 190. The first input of the correlation point 190 is stimulated with a signal from a correlation point 191. The first input of the correlation point 191 reaches a temperature signal TK of a temperature sensor, arranged after the catalyst. A signal T4 is supplied to the second input of the correlation point 191, made available by a correlation point 192. An output signal of a characteristic diagram 196 is supplied to the first input of the correlation point 192, which processes the number of revolutions and the amount of fuel. The output signal of a temperature characteristic diagram 194, which processes the temperature TW of the cooling water, is fed to the second input of the correlation point 192. The correlation point 192 correlates the two quantities in a preferably multiplicative manner. The correlation point 191 correlates the two input signals preferably additively. At the second input of the correlation point 190 there is the output signal of a setting of the factor 198. At the correlation point 190 the correlation is preferably multiplicative.
Questo dispositivo funziona ora come segue. A partire almeno dal numero di giri N e dalla quantità di combustibile QK da iniettare nel diagramma caratteristico NOX 140 è memorizzata la grandezza NOXG. Con ciò si tratta della quantità di NOX solitamente comparente nei gas di scarico. Questo valore NOXG così ricavato viene moltiplicato in un punto di correlazione 138 per un valore di correzione NOXT, che proviene dal diagramma caratteristico 145 del funzionamento a caldo. Questo diagramma caratteristico tiene conto dell 'influenza della temperatura del motore o della temperatura dell'acqua di raffreddamento sull'emissione di NOX. This device now works as follows. Starting at least from the number of revolutions N and the quantity of fuel QK to be injected, the NOXG quantity is stored in the NOX 140 characteristic diagram. This is the quantity of NOX usually appearing in the exhaust gases. This NOXG value thus obtained is multiplied in a correlation point 138 by a correction value NOXT, which comes from the characteristic diagram 145 of hot operation. This characteristic diagram takes into account the influence of the engine temperature or the cooling water temperature on the NOX emission.
Nel diagramma caratteristico 154 di recupero dei gas di scarico è corrispondentemente memorizzato in funzione delle stesse grandezze di ingresso il tasso di recupero dei gas di scarico. A partire dallo scostamento di regolazione del recupero dei gas di scarico, presente all'uscita del punto di correlazione 152, viene resa disponibile dalla regolazione 150 di recupero dei gas di scarico la grandezza NOXE, con la quale viene corretta la grandezza NOXG. Questa correzione avviene nel punto di correlazione 136, in maniera preferibilmente additiva. In the exhaust gas recovery characteristic diagram 154, the exhaust gas recovery rate is correspondingly stored as a function of the same input quantities. Starting from the regulation deviation of the exhaust gas recovery, present at the outlet of the correlation point 152, the quantity NOXE is made available by the regulation 150 of the exhaust gases recovery, with which the quantity NOXG is corrected. This correction occurs at the correlation point 136, preferably additive.
Questa grandezza NOXE tiene conto della correzione della successiva iniezione in caso di scostamenti dalle condizioni normali. Ad esempio vengono impostate una bassa pressione atmosferica o maggiori temperature dell'aria mediante confronto del diagramma caratteristico di base 154 della massa d’aria del recupero dei gas di scarico con la massa d'aria fresca EI misurata. Quindi per la successiva iniezione non occorre tenere conto un'altra volta dell'influenza della pressione atmosferica e della temperatura dell'aria aspirata. This NOXE quantity takes into account the correction of the subsequent injection in the event of deviations from normal conditions. For example, a low atmospheric pressure or higher air temperatures are set by comparing the basic characteristic diagram 154 of the air mass of the exhaust gas recovery with the measured fresh air mass EI. Therefore, the influence of atmospheric pressure and the intake air temperature need not be taken into account for the subsequent injection.
All'uscita del punto di correlazione 136 è presente il segnale MNOX, che corrisponde alla quantità di NOX da ridurre. Questo segnale, che indica una misura per la quantità di ossidi di azoto da ridurre, viene prestabilito in funzione di diverse grandezze caratteristiche di esercizio, come ad esempio il numero di giri N del motore a combustione interna, la quantità di combustibile QK da iniettare, e un segnale di temperatura TW. At the output of the correlation point 136 there is the MNOX signal, which corresponds to the quantity of NOX to be reduced. This signal, which indicates a measure for the quantity of nitrogen oxides to be reduced, is preset according to different operating characteristics, such as the number of revolutions N of the internal combustion engine, the quantity of fuel QK to be injected, and a temperature signal TW.
La relazione fra NOX da ridurre e idrocarburi HC necessari risulta dalla seguente equazione: HC = X * NOX. Il fattore X è funzione del rivestimento del catalizzatore, ove eventualmente occorre tenere conto di ulteriori grandezze. Questo fattore X è memorizzato nel diagramma caratteristico 160 dei fattori, preferibilmente in funzione del numero di giri e della quantità di combustibile QK. Nel punto 134 la quantità MNOX calcolata di NOX emessi viene moltiplicata per il fattore X. Ove all'uscita del punto di correlazione 134 è presente un segnale MHCT, che indica l'ulteriore quantità di combustibile necessaria. The relationship between NOX to be reduced and necessary HC hydrocarbons results from the following equation: HC = X * NOX. The X factor is a function of the coating of the catalyst, where possibly further quantities must be taken into account. This factor X is stored in the characteristic factor diagram 160, preferably as a function of the number of revolutions and the amount of fuel QK. At point 134 the calculated MNOX quantity of NOX emitted is multiplied by the factor X. Where an MHCT signal is present at the output of correlation point 134, indicating the additional amount of fuel required.
All'uscita del punto di correlazione 134 è presente il segnale MHCT, al quale corrisponde la quantità di idrocarburo necessaria per ossidare la quantità MNOX di NOX. Questo valore MHCT viene determinato a partire dalla quantità di NOX da ridurre e da un fattore X, che può essere prestabilito in funzione delle grandezze caratteristiche di esercizio. At the output of the correlation point 134 there is the MHCT signal, which corresponds to the quantity of hydrocarbon necessary to oxidize the MNOX quantity of NOX. This MHCT value is determined starting from the quantity of NOX to be reduced and from a factor X, which can be preset according to the operating characteristics.
Nel diagramma caratteristico 165 è memorizzata l'emissione lorda di idrocarburo HCG che si produce durante la combustione in funzione del numero di giri N e della quantità di combustibile QK. Questa emissione lorda di HC prodotta durante la combustione non deve essere dosata, poiché è già contenuta nei gas di scarico. Nel punto 162 questo valore HCG per l'emissione lorda di idrocarburi viene corretto per mezzo di un valore HCT del diagramma caratteristico in funzione della temperatura. La quantità di idrocarburo necessaria viene ridotta di questo valore MHCR corretto nel punto di correlazione 132. In the characteristic diagram 165 the gross emission of HCG hydrocarbon which is produced during combustion as a function of the number of revolutions N and the quantity of fuel QK is memorized. This gross HC emission produced during combustion does not need to be metered, as it is already contained in the exhaust gases. At point 162 this HCG value for the gross emission of hydrocarbons is corrected by means of an HCT value from the characteristic diagram as a function of temperature. The amount of hydrocarbon required is reduced by this corrected MHCR value at correlation point 132.
Nel diagramma caratteristico di limitazione 175 è memorizzato un valore massimo ammissibile MHCM per la quantità supplementare di combustibile da dosare. Per mezzo della selezione di minima 130 la quantità di combustibile MHCW ulteriormente da dosare viene limitata al valore massimo ammissibile. Ciò significa che viene utilizzato il minore dei due valori. A maximum permissible value MHCM for the additional quantity of fuel to be dosed is stored in the limiting characteristic diagram 175. By means of the selection of minimum 130 the quantity of further MHCW fuel to be dosed is limited to the maximum admissible value. This means that the lesser of the two values is used.
Nel punto di correlazione 125 il valore limitato viene corretto per un valore di correzione DHC, che contiene una correzione dinamica. At correlation point 125 the limited value is corrected for a DHC correction value, which contains a dynamic correction.
Nella sommatoria 110 la quantità di combustibile ulteriormente da dosare viene sommata finché non viene raggiunta la quantità minima che può essere iniettata con il sistema di dosaggio utilizzato. Al superamento del valore di soglia con l'iniezione successiva viene dosato il valore minimo. In summation 110 the amount of fuel further to be dosed is added up until the minimum quantity that can be injected with the dosing system used is reached. When the threshold value is exceeded with the next injection, the minimum value is metered.
La trasformazione di NOX nel catalizzatore di riduzione è sostanzialmente funzione della temperatura T nel catalizzatore. Questa temperatura T del catalizzatore non viene misurata direttamente. La temperatura T4 del catalizzatore viene simulata mediante il diagramma caratteristico 196 in funzione della quantità QK e del numero di giri N. Inoltre avviene una compensazione di temperatura nel punto di correlazione 192 per mezzo del diagramma caratteristico di temperatura 194. Questa temperatura T4 prima del catalizzatore così ricavata viene sommata nel punto di correlazione 191 alla temperatura dopo il catalizzatore TK, rilevata per mezzo di un sensore. Successivamente, nel punto di correlazione 190 avviene una formazione di valore medio di questi due valori. The transformation of NOX in the reduction catalyst is substantially a function of the temperature T in the catalyst. This catalyst temperature T is not measured directly. The temperature T4 of the catalyst is simulated by means of the characteristic diagram 196 as a function of the quantity QK and the number of revolutions N. In addition, a temperature compensation takes place at the correlation point 192 by means of the characteristic temperature diagram 194. This temperature T4 before the catalyst obtained in this way, it is added at the correlation point 191 to the temperature after the catalyst TK, detected by means of a sensor. Subsequently, an average value formation of these two values takes place at the correlation point 190.
Il filtro 120 tiene conto del fatto che il catalizzatore funziona in maniera soddisfacente soltanto in un determinato intervallo di temperatura. Quindi è previsto che il valore del segnale di uscita TF del filtro 120 assuma il valore 0 con temperature minori o maggiori di questo intervallo di temperatura, e il valore 1 nell'intervallo di temperatura nel quale il catalizzatore funziona in maniera soddisfacente. The filter 120 takes into account that the catalyst functions satisfactorily only in a certain temperature range. Therefore, the value of the output signal TF of the filter 120 is expected to take the value 0 with temperatures lower or higher than this temperature range, and the value 1 in the temperature range in which the catalyst works satisfactorily.
Con il segnale di uscita del punto di correlazione 105 viene sollecitato il servoelemento 100. Questo servoelemento dosa l'ulteriore quantità di combustibile. Con una prima elaborazione è previsto che il servoelemento 100 sia disposto nella tubazione del gas di scarico, e inietti il combustibile supplementare direttamente nel gas di scarico. Con un'ulteriore elaborazione è previsto che nel caso del servoelemento 100 si tratti del servoelemento che dosa anche il combustibile per le camere di combustione necessario per la combustione normale. In questo caso il servoelemento viene comandato in modo che il combustibile giunga incombusto nella tubazione dei gas di scarico. Ciò può essere ottenuto mediante il fatto che dopo l'iniezione vera e propria per la combustione viene eseguita una dosatura nella regione del punto morto inferiore, o durante il ricambio dei gas. The servo element 100 is energized with the output signal of the correlation point 105. This servo element doses the additional amount of fuel. With a first processing it is provided that the servo element 100 is arranged in the exhaust gas line, and injects the additional fuel directly into the exhaust gas. With a further elaboration it is provided that in the case of the servo element 100 it is the servo element which also doses the fuel for the combustion chambers necessary for normal combustion. In this case, the servo element is controlled so that the fuel reaches the exhaust gas line unburned. This can be achieved by the fact that after the actual injection for combustion a metering is carried out in the region of the lower dead center, or during the exchange of gases.
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