WO2006040236A1 - Verfahren zur regelung des lambda-wertes einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the exhaust emission values are dependent on the control speed of the control circuit, in particular in the warm-up phase of the internal combustion engine.
  • the stepwise increase or decrease of the lambda value is referred to as the integral component and the sudden return of the lambda value as the jump component.
  • This cycle is referred to as a so-called lean / fat amplitude, starting from a lambda setpoint of 1.0, a rich amplitude, for example, at lambda 0.97 and a lean state, for example, at a lambda value of 1.03 Is accepted.
  • a disadvantage of this control method is that when unforeseen changes occur, the enrichment or emaciation of the mixture continues after the intended stepwise increase or decrease in the lambda value, until the exhaust gas probe again changes its state from lean to rich or has detected from rich to lean. This causes the control loop to react to changes with a delay.
  • the coefficient of the integral component is changed in the case of recognition of a change deviating from the fluctuation of the exhaust gas composition caused by the lean / fat amplitude, in a method according to the preamble of claim 1 / or a jump component is added to or subtracted from the integral component.
  • the coefficient or the jump component can be selected individually according to the size of the change so that it is possible to react individually to the respective change.
  • the same result can be achieved by increasing the coefficient of the integral component I after the change D has occurred and recognizing it, that is, the curve slopes more steeply, corresponding to I s (see FIG. 2 b).

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Abstract

Verfahren zur Regelung des Lambda-Wertes einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator zur Nachbehandlung der Abgase der Brennkraftmaschine, mit einer vor dem Katalysator angeordneten binären Lambda-Sonde (6) zur Sensierung der Abgaszusammensetzung, bei dem der Lambda-Sollwert mit einer Mager-/Fett-Amplitude überlagert wird, wobei die Mager-/Fett- Amplitude einen Integralanteil (I) und einen auf den Lambda-Sollwert zurückführenden Sprunganteil (P) aufweist, wobei bei dem Erkennen einer von der durch die Mager-/Fett-Amplitude erzeugten Änderung der Abgaszusammensetzung abweichenden Änderung (D) der Koeffizient des Integralanteils (I) geändert wird und/oder ein Sprunganteil (P) auf den Integralanteil ad-diert oder subtrahiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Regelung des Lambda-Wertes einer Brennkraft¬ maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Lambda- Wertes einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator zur Nachbehandlung der Abgase und mit einer stromaufwärts des Ka- talysators angeordneten binären Lambda-Sonde, wobei dem Lamb- da-Sollwert eine Mager-/Fett-Amplitude überlagert wird.
Bei einer derartigen Regelung - vorzugsweise einer Kaskaden¬ regelung - wird mit der Lambda-Sonde stromaufwärts oder stromabwärts des Katalysators die Abgaszusammensetzung sen- siert und entsprechend die Einspritzmenge der Brennstoffzu¬ fuhr der Brennkraftmaschine gesteuert, sodass schließlich die gewünschte Abgaszusammensetzung wieder erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lambda-Wert innerhalb eines ge- wünschten Bereiches liegt, wodurch der Gehalt an HC, NOX und CO auf ein Minimum reduziert wird.
Die Abgasemissionswerte sind dabei abhängig von der Regelge¬ schwindigkeit des Regelkreises, insbesondere in der Aufwärm- phase der Brennkraftmaschine.
Bei Regelverfahren mit zwei binären Lambda-Sonden ist eine vor dem Katalysator und eine nach dem Katalysator in Strö¬ mungsrichtung des Abgases angeordnet. Die Spannung der binä- ren Lambda-Sonde vor dem Katalysator wird in eine binäre In¬ formation umgewandelt, welche angibt, ob es sich gerade um eine angereicherte oder eine magere Abgaskonzentration han¬ delt. Aufgrund dieser Information wird ein Wert bestimmt, mit dem die eingespritzte Kraftstoffmenge in der Brennstoffzufuhr der Brennkraftmaschine gesteuert wird. Wenn die Lambda-Sonde vor dem Katalysator eine magere Abgaszusammensetzung sen- siert, wird der Wert der Gemischbildung von einem Wert von λ = 1,0 schrittweise auf einen Wert von 0,98 ... 0,97 gesenkt, bis die Lambda-Sonde einen Zustand der fetten Abgaszusammen¬ setzung sensiert. Infolge des Erkennens der fetten Abgaszu¬ sammensetzung wird nun der Wert der Gemischbildung mit einem Sprung auf X = 1,0 erhöht und anschließend schrittweise auf 1,02 - 1,03 erhöht. Die schrittweise Erhöhung bzw. Absenkung des Lambda-Wertes wird als Integralanteil und die sprunghafte Rückführung des Lambda-Wertes als Sprunganteil bezeichnet. Dieser Zyklus wird als so genannte Mager-/Fett-Amplitude be- zeichnet, wobei ausgehend von einem Lambda-Sollwert von 1,0 eine fette Amplitude beispielsweise bei Lambda 0,97 und ein magerer Zustand beispielsweise bei einem Lambda-Wert von 1,03 angenommen wird.
Nachteilig bei diesem Regelungsverfahren ist jedoch, dass bei Auftreten von unvorhergesehenen Änderungen die Anreicherung bzw. Abmagerung des Gemisches nach der vorgesehenen schritt¬ weisen Erhöhung bzw. Senkung des Lambda-Wertes weiterläuft, bis die Abgassonde wieder einen Wechsel des Zustandes von ma- ger auf fett bzw. von fett auf mager detektiert hat. Damit reagiert der Regelkreis verzögert auf Änderungen.
Aus diesem Stand der Technik heraus ist es Aufgabe der Erfin¬ dung, ein Verfahren zur Regelung des Lambda-Wertes einer Brennkraftmaschine zu liefern, welches bei Auftreten von Stö¬ rungen eine erhöhte Regelgeschwindigkeit aufweist, sodass die vorgegebenen Lambda-Sollwerte schneller erreicht werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem O- berbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, bei welchem bei dem Erkennen einer von der durch die Mager-/Fett-Amplitude er¬ zeugten Schwankung der Abgaszusammensetzung abweichenden Än¬ derung der Koeffizient des Integralanteils geändert und/oder ein Sprunganteil auf den Integralanteil addiert oder von die- sem subtrahiert wird. Damit wird es ermöglicht, dass der Regler bei Auftreten von Änderungen in der Abgaszusammensetzung schneller und indivi¬ duell auf diese reagieren kann. Der Koeffizient bzw. der Sprunganteil kann individuell nach der Größe der Änderung ge- wählt werden, sodass individuell auf die jeweilige Änderung reagiert werden kann.
Vorzugsweise wird der Sprunganteil entgegengesetzt der Ände¬ rung gerichtet addiert, bzw. der Koeffizient des Integralan- teils entgegen der Änderung vergrößert.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Mager-/Fett-Amplitude ei¬ ne vorgegebene Zykluszeit aufweist, welche den Normalbetrieb ohne Störungen kennzeichnet und eine Störung dadurch erkenn- bar ist, wenn die Zeit des tatsächlichen Zykluses von der vorgegebenen Zykluszeit abweicht.
Alternativ kann auch die Sauerstoffbeladung in dem Katalysa¬ tor bestimmt werden, wobei eine Störung dann identifiziert ist, wenn der Wert der Sauerstoffbeladung von einem vorgege¬ benen Wert abweicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus¬ führungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
Fig . 1 Eine Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse und nach- geordnetem Katalysator,
Fig . 2a Mager-/Fett-Amplitude mit Störung und aufgeschalte¬ tem Sprunganteil und
Fig . 2b Mager-/Fett-Amplitude mit Störung und verändertem Koeffizienten des Integralanteils.
In der Figur 1 ist zunächst eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Kurbelgehäuse 1, einem Einlasskanal 2 und einem Aus¬ lasskanal 3 zu erkennen. In dem Auslasskanal 3 ist ein Kata¬ lysator 4 angeordnet, in dem die von der Brennkraftmaschine 10 erzeugten Abgase nachbehandelt werden, sodass vorgegebene HC-, NOX- und CO-Werte eingehalten werden. In Strömungsrich¬ tung des Abgases vor dem Katalysator 4 ist eine binäre Lamb- da-Sonde 6 angeordnet, welche die Abgaszusammensetzung vor dem Katalysator 4 misst. In Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator 4 ist eine zweite binäre Sonde 5 ange¬ ordnet, mittels derer die Zusammensetzung des von dem Kataly¬ sator 4 nachbehandelten Abgases gemessen werden kann.
In Figur 2a ist nun ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren mit einem aufgeschalteten Sprunganteil Ps dargestellt. In der oberen Darstellung ist die Zusammensetzung des Abgases über der Zeitachse dargestellt, während in der unteren Darstellung die durch das Regelverfahren erzeugte Gemischbildung eben- falls über der Zeitachse dargestellt ist. In der oberen Dar¬ stellung ist zu Beginn zunächst der Normalzustand A darge¬ stellt, auf den eine zehnprozentige Änderung D in Richtung des fetten Zustandes der Abgaszusammensetzung aufgeschaltet wird. Im Weiteren ist dann der gestörte Bereich mit B gekenn- zeichnet. In der unteren Hälfte der Darstellung ist dann die darauf erzeugte Gemischbildung zu erkennen. Zu Beginn unter dem Normalzustand A ist zu erkennen, wie die Mager-/Fett- Amplitude auf den Lambda-Sollwert aufgeschaltet ist. Zunächst steigt die Kurve entsprechend dem Integralanteil I an, bis zu einer Gemischkonzentration von einem Lambda-Wert von ca. 1,02 - 1,03. Wird nun von der binären Lambda-Sonde 6 vor dem Kata¬ lysator 4 der Zustand fett erkannt, springt die Kurve um den Sprunganteil P auf den Lambda-Sollwert 1,0 zurück und die In¬ tegration beginnt in die negative Richtung von neuem. Die Dauer eines Integralanteils I wird als Zykluszeit Tl bezeich¬ net. Im Normalzustand schwankt die Gemischbildung somit zwi¬ schen den Werten 1,03 und 0,97 ständig hin und her, sodass die gewünschte Soll-Abgaszusammensetzung von Lambda = 1,0 beibehalten wird. Tritt nun eine Änderung D in Richtung ange- reicherter Abgaszusammensetzung auf, dann wird der Zustand mager nicht detektiert und die vorgegebene Zykluszeit T2 ü- berschritten. Durch das Überschreiten der vorgegebenen Zyk- luszeit T2 wird das Vorhandensein einer Änderung D angenommen und nach einer vorgegebenen Toleranzzeit Ts ein Sprunganteil Ps auf den Integralanteil I aufgeschaltet. Nach dem Sprungan¬ teil Ps läuft der Integralanteil I mit demselben Koeffizien- ten wie vor dem Sprunganteil Ps weiter, bis schließlich die binäre Lambda-Sonde 6 vor dem Katalysator einen Zustand mager erkennt. Die Gemischbildung springt dann um den Sprunganteil P auf einen neuen Lambda-Sollwert und die Regelung mit der Mager-/Fett-Amplitude beginnt von neuem. Die gewonnene Regel- zeit ist die Zeit TR, dargestellt als Zeitdifferenz zwischen der gestrichelten und der durchgezogenen Linie.
Alternativ kann derselbe Erfolg dadurch erzielt werden, dass nach der aufgetretenen Änderung D und deren Erkennung der Ko- effizient des Integralanteils I vergrößert wird, d.h. die Kurve steiler abfällt, entsprechend Is (siehe Fig. 2 b) .
Die Störung wird in den Darstellungen Figur 2a und 2b durch die Abweichung der Zykluszeit detektiert, kann jedoch alter- nativ auch durch eine Abweichung der Soll-Sauerstoffbeladung in dem Katalysator 4 gemessen werden. Dazu wird zusätzlich die Zusammensetzung des aus dem Katalysator abströmenden Ab¬ gases mittels der binären Sonde 5 gemessen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung des Lambda-Wertes einer Brenn¬ kraftmaschine mit einem Katalysator zur Nachbehandlung der Abgase der Brennkraftmaschine, mit einer vor dem Ka¬ talysator angeordneten binären Lambda-Sonde (6) zur Sen- sierung der Abgaszusammensetzung, bei dem der Lambda- Sollwert mit einer Mager-/Fett-Amplitude überlagert wird, wobei die Mager-/Fett-Amplitude einen Integralanteil (I) und einen auf den Lambda-Sollwert zurückführenden Sprung¬ anteil (P) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Erkennen einer Änderung (D) die von der durch die Mager- /Fett-Amplitude erzeugten Schwankung der AbgasZusammen¬ setzung abweicht, der Koeffizient des Integralanteils (I) geändert und/oder ein Sprunganteil (P8) auf den Integral¬ anteil addiert oder von diesem subtrahiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Änderung (D) entgegengesetzt gerichteter Sprung¬ anteil (P8) addiert und/oder der Koeffizient des Integral¬ anteils (I) entgegen der Änderung (D) vergrößert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Mager-/Fett-Amplitude eine vorgegebene Zykluszeit (Ti, T2) aufweist und eine Änderung (D) dadurch erkannt wird, dass die Zeit des tatsächlichen Zyklusses von der vorgegebenen Zykluszeit (Ti, T2) ab- weicht.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die O2-Beladung in dem Kataly¬ sator (4) gemessen und eine Änderung (D) festgestellt wird, wenn der Wert der O2-Beladung von einem vorgegebenen Wert abweicht.
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