WO2025201992A1 - Verfahren, steuerungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer abgasnachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren, steuerungsvorrichtung und computerprogrammprodukt zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer abgasnachbehandlungsvorrichtung

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WO2025201992A1
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sensor signal
catalyst
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Sebastian VIEHÖVER
Daniel De Haas
Torsten GEISS
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • any measured deviation of the post-catalyst signal from the target value can have a direct impact on the vehicle emissions (NOx, HC, CO), especially if no additional second exhaust catalyst, also called underbody catalyst, is installed downstream of the first exhaust catalyst If an underbody catalyst is installed, these should be avoided as much as possible. Even if an underbody catalyst is present, deviations in the post-catalytic converter signal from the target value must be corrected as quickly as possible to avoid exceeding the underbody catalyst's reserves.
  • Document FR 2 746 851 B1 discloses a corresponding lambda control system with an exhaust gas catalytic converter and an exhaust gas sensor located upstream and downstream of the exhaust gas catalytic converter.
  • a first control loop the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is controlled based on the signal from the upstream exhaust gas sensor.
  • a second control loop adapts at least one parameter of the first control loop based on the signal from the downstream exhaust gas sensor.
  • the I-component's operating range is limited to typical operating conditions. For this reason, the I-component is generally blocked for the duration of a defined air mass integral after transient engine operation, when the vehicle is moving too dynamically and is continuously operating between overrun cut-off (injection and lambda control off) and normal operation.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an improved lambda control for an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device, which in particular makes it possible to react to slight, permanent deviations of the pre-catalyst signal and to permanently avoid the resulting continuously required P/D controller interventions of the trim control.
  • the advantages of the invention lie in the fact that even minor, permanent deviations in the pre-catalyst signal can be detected based on the resulting control interventions based on the post-catalyst signal, and can be avoided by means of a permanent corrective intervention "learned" from this.
  • This sustainably improves the emissions behavior of the exhaust aftertreatment device, as recurring target value deviations in the post-catalyst signal, which negatively impact emissions behavior, can be avoided.
  • the method according to the invention serves to operate an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device, wherein the exhaust gas aftertreatment device has at least one first oxygen-storage-capable exhaust gas catalyst.
  • first direct control interventions are carried out by a first controller unit based on the first sensor signal
  • second temporary direct control interventions are carried out by a second controller unit based on the second sensor signal.
  • a permanent I component determined on the basis of the second sensor signal by an I controller unit (integral controller), including an adaptation component
  • an adaptation component is fed to the first controller unit.
  • a continuous evaluation of the second temporary control interventions is carried out with regard to their frequency, intensity, and/or duration, and the adaptation component is determined or adjusted depending on the result of this evaluation.
  • the aforementioned characteristics of the control interventions can be considered individually or in any combination, for example, statistically evaluated, and, if necessary, combined to form a single result by weighting the individual results.
  • the adaptation component to be added to the I component is then determined. In this way, even small, permanent deviations in the signal level of the pre-catalyst signal can be permanently corrected, and the number of control interventions based on the post-catalyst signal can be significantly reduced.
  • the first controller unit which carries out direct control interventions based on the first sensor signal (pre-catalyst signal) is designed as a PID controller (proportional-integral-derivative controller)
  • the second controller unit which carries out temporary direct control interventions based on the second sensor signal (post-catalyst signal) is designed as a PD controller (proportional-derivative controller).
  • the PD controller only carries out control interventions when and for as long as an oxygen breakthrough is indicated by the post-catalyst signal, i.e., temporarily.
  • This combination of PID controller and PD controller is characterized by a simple and proven design and stable control behavior over a wide range.
  • a second embodiment of the method according to the invention results, wherein the second controller unit, i.e. the PD controller, is combined with the I controller unit (integral controller) to form a further PID controller.
  • the second temporary direct control interventions are carried out solely by means of the P components (proportional components) or the D components (differential components), or by means of a combination of the P components and the D components of the further PID controller.
  • a permanent I component (integral component) of the further PID controller, including the adaptation component, which was determined by evaluating the control interventions of the aforementioned PD controller and added to the I component, is fed to the first controller unit, i.e. the first PID controller, for the permanent offset correction.
  • a third embodiment of the method according to the invention results.
  • This embodiment requires that the exhaust gas aftertreatment device has a second oxygen-storage-capable exhaust gas catalyst arranged downstream of the first exhaust gas catalyst in the exhaust gas mass flow.
  • a third sensor signal downstream of the UbKat signal
  • UbKat signal which is representative of a third oxygen content in the exhaust gas mass flow immediately downstream of the second exhaust gas catalyst, can be used to regulate the lambda of the fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine during operation. This measure increases the functional reliability of the exhaust gas aftertreatment device by a further level.
  • first exhaust catalyst and second exhaust catalyst refer to two exhaust catalysts arranged consecutively in the exhaust gas mass flow, between which further components of the exhaust gas aftertreatment device, such as a particulate filter, may be arranged, but no further oxygen-storage-capable component may be arranged.
  • these designations are not intended to limit the total number of exhaust catalysts arranged in the exhaust gas aftertreatment device to two.
  • the first exhaust catalyst is a three-way catalyst (TWC) located close to the engine, i.e., in the immediate vicinity of the internal combustion engine
  • the second exhaust catalyst is a so-called underbody catalyst (UbKat) located far from the engine, on the underbody of a motor vehicle powered by the internal combustion engine.
  • controlled variables generated on the basis of the third sensor signal are fed to the second controller unit (PD controller, possibly as part of the additional PID controller) by means of a third controller unit and thus included in the ongoing evaluation of the second temporary control interventions with regard to their frequency and/or intensity and/or duration.
  • the third controller unit can be designed either as a simple P controller (proportional controller), as a PD controller, or as a PID controller.
  • the second control unit (PD controller, possibly as part of the additional PID controller) is subjected to only the P component or the D component, or to a combination of the P component and the D component.
  • third temporary direct control interventions are carried out by a fourth controller unit based on the third sensor signal (downstream of the UbKat signal). These control interventions occur in parallel to the first and second direct control interventions in response to an oxygen breakthrough at the second exhaust catalyst.
  • the fourth controller unit can be designed either as a simple P controller, a PD controller, or even a PID controller. This enables a rapid response of the controlled system to temporarily occurring disturbances and minimizes the associated negative impacts on emissions behavior.
  • the first sensor signal is the signal of an exhaust gas sensor designed as a linear lambda probe
  • the second sensor signal is the signal of an exhaust gas sensor designed as a binary lambda probe.
  • the third sensor signal is a signal representing the oxygen content in the exhaust gas from an exhaust gas sensor designed as a NOx sensor.
  • both the first exhaust catalyst and the second exhaust catalyst are designed as three-way catalysts (TWC). This ensures that exhaust gas components that may have slipped through the first three-way catalyst due to malfunctions can be reliably converted in the second three-way catalyst located downstream.
  • TWC three-way catalysts
  • processor electronic processing unit
  • the computer program product according to the invention for operating an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device comprises program instructions for execution by the computing unit of the electronic control device described above, wherein the program instructions, when executed by the electronic computing unit, cause the electronic control device to carry out the method according to one of claims 1 to 9.
  • controller unit is to be understood as a generic term for the well-known P-controllers, I-controllers, PD-controllers or PID-controllers, whereby these controller units are not considered as physical components in the conventional sense, but as electronic control unit are to be understood as computing algorithms stored in programming technology or functionalities implemented in the form of microelectronic circuits.
  • Fig. 1 is a simplified schematic representation of an internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment device.
  • Fig. 2 is a simplified block diagram showing the controller units and their interconnection to explain the method according to the invention.
  • Fig. 3 is a simplified block diagram like Fig. 2 but extended by further embodiments
  • Figure 1 shows an internal combustion engine 1, which can be designed, for example, as a reciprocating piston internal combustion engine with four cylinders (indicated).
  • the internal combustion engine 1 is supplied with an air-fuel mixture 10a from the intake side via an air-fuel mixture supply unit 10.
  • the air-fuel mixture supply unit 10 represents, for example, a fuel injection system in conjunction with a throttle valve, which is connected to the electronic control device 7 via signal lines 8. and controlled in such a way that an air-fuel mixture 10a in a predetermined quantity and composition is supplied to the combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • the electronic control device can influence both the power provided and the composition of the exhaust gas mass flow 11a, in particular the so-called lambda value, which provides information about the oxygen content in the exhaust gas.
  • the first exhaust gas catalyst 3 is followed downstream of the exhaust gas mass flow 10a by a particle filter 5, which is designed, for example, as a gasoline particle filter (GPF), and then by the second exhaust gas catalyst 4, which can also be designed as a three-way catalyst (TWC) and can be arranged, for example, as a so-called underbody catalyst (UbKat) on the underbody of a motor vehicle.
  • a particle filter 5 which is designed, for example, as a gasoline particle filter (GPF)
  • GPF gasoline particle filter
  • TWC three-way catalyst
  • UbKat underbody catalyst
  • a first exhaust gas sensor 6a is arranged upstream of the first exhaust gas catalytic converter 3
  • a second exhaust gas sensor 6b is arranged downstream of the first exhaust gas catalytic converter 3
  • a third exhaust gas sensor 6c is arranged downstream of the second exhaust gas catalytic converter 4.
  • a temperature sensor 9 for measuring the temperature of the exhaust gas mass flow 11a is also arranged in the exhaust pipe 11 between the first exhaust gas catalytic converter 3 and the particulate filter 5.
  • the sensors 6a-c and 9 are connected via electrical signal lines 8 to the input/output interface 7c of an electronic control device 7 according to the invention for transmitting the sensor signals to the control device 7.
  • the air-fuel mixture supply unit 10 of the internal combustion engine 1 is also connected via electrical signal lines 8 to the input/output interface 7c of the electronic control device 7 according to the invention.
  • the electronic control device 7 has an electronic processing unit 7a, also referred to as a processor, an electronic storage device 7b, and an input/output interface 7c.
  • the electronic storage device 7b comprises a program memory 7b1 in which a computer program product 20 according to the invention with program instructions is available.
  • the electronic storage device 7b has an operating data memory 7b2 in which predefined operating data 21 as well as operating data acquired during operation are stored, for example, organized in characteristic maps.
  • the electronic processing unit 7a is configured to carry out the method according to the invention in the embodiments described above and, if applicable, in addition thereto.
  • the electronic processing unit 7a has access to, or is in data communication with (symbolized by connecting arrows) the input/output interface 7c, the program memory 7b1, and the operating data memory 7b2.
  • the electronic control device 7 Upon execution of the program instructions by means of the electronic processing unit 7a, using the relevant operating data 12 and various threshold values for the oxygen content in the exhaust gas mass flow, the electronic control device 7 is prompted to execute the method according to the invention for operating the internal combustion engine 1, executing a lambda control of the fuel-air mixture 10a supplied to the internal combustion engine 1 during operation.
  • sensor data or operating data 12 for example, the signals from exhaust gas sensors 6a-c, which represent the oxygen content in exhaust gas mass flow 10a, and signals from temperature sensor 9, are received via the input/output interface 7c, and the program-specified arithmetic operations for lambda control are executed according to the method according to the invention.
  • control commands for example, for controlling the air-fuel mixture 10a, are then output to the air-fuel mixture supply unit 10 of the internal combustion engine 1.
  • a first sensor signal Sig1 which is provided by the first exhaust gas sensor 6a and is representative of a first oxygen content in the exhaust gas mass flow 11a immediately upstream of the first exhaust gas catalyst 3, is fed to the first control unit RE_1.
  • a second sensor signal Sig2 which is provided by the second exhaust gas sensor 6b and is representative of a second oxygen content in the exhaust gas mass flow 11a immediately after the first exhaust gas catalyst (3), is supplied in parallel to the second controller unit RE_2 and the I controller unit RE_I.
  • a permanent I component including an adaptation component AD, determined by the I control unit RE_I on the basis of the second sensor signal Sig2, is supplied to the first control unit RE_1 for permanent offset correction.
  • a first direct control intervention corrected by the I component of the I control unit RE_I and the adaptation component AD, is then performed on the air-fuel mixture supply unit 10 by the first control unit RE_1.
  • a second temporary direct control intervention on the air-fuel mixture supply unit 10 is carried out by the second controller unit RE_2, for rapid lambda correction of the air-fuel mixture 10a in the event of an oxygen breakthrough detected by the second exhaust gas sensor 6b.
  • a continuous evaluation of the second temporary control interventions of the second controller unit RE_2 is carried out, with the adaptation component AD added to the I component of the I controller unit RE_I being adjusted depending on the result of this evaluation.
  • This is illustrated in Fig. 2 by an evaluation unit, Aw>>AD, symbolically represented, which can be implemented, for example, as an evaluation algorithm Aw>>AD in the electronic computing unit 7a of the electronic control device, and transmits the result of the evaluation to the I-controller unit RE_I.
  • the evaluation of the control interventions of the second control unit RE_2 can be carried out with respect to at least one of the characteristics frequency, intensity, and duration of the control interventions, or even a combination of these characteristics. For example, both statistical evaluation methods and a weighted combination of the individual characteristics can be used.
  • the first controller unit RE_1 can be designed as a so-called PID controller, while the second controller unit RE_2 can be designed as a so-called PD controller.
  • the second controller unit RE_2 can be combined with the I controller unit RE_I to form a further PID controller RE_2', as symbolically represented in Fig. 2 by a dashed line enclosing the second controller unit RE_2 and the I controller unit RE_I.
  • the I component supplemented by the adaptation component AD, is then transmitted from the further PID controller RE_2' to the first controller unit RE_1, and the P components and/or D components are used for the second direct control interventions and their ongoing evaluation.
  • Fig. 3 shows the block diagram like Fig. 2, but expanded to include further embodiments.
  • the exhaust gas aftertreatment device 2 here has a second oxygen-storage-capable exhaust gas catalyst 4, which is arranged downstream of the particulate filter 5 in the exhaust pipe 11.
  • This can be designed as a three-way catalyst TWC and, due to its arrangement, usually on the underbody of a motor vehicle that is driven by the internal combustion engine, is also referred to as an underbody catalyst UbKat.
  • a further exhaust gas sensor 6c is arranged downstream of the second exhaust gas catalyst 4.
  • This exhaust gas sensor 6c can, for example, be designed as a NOx sensor, which provides a third sensor signal Sig3, which is representative of the oxygen content in the exhaust gas mass flow 11a immediately downstream of the second exhaust gas catalyst 4 and for the lambda control of the The fuel-air mixture 10a supplied to the internal combustion engine 1 during operation is used in addition.
  • a fifth controller unit RE_5 with which fourth direct control interventions on the air-fuel mixture supply unit 10 can be carried out.
  • these interventions are carried out on the basis of an oxygen loading state of the first exhaust gas catalytic converter 3 determined using an oxygen storage model L-Mod.
  • the oxygen storage model L-Mod is symbolically represented in Fig. 2 by a box labeled L-Mod that is connected to the first exhaust gas catalytic converter on the one hand and to the fifth controller unit RE_5 on the other.
  • the oxygen storage model L-Mod can likewise be provided as a calculation algorithm in the electronic computing unit 7a of the electronic control device and serves to determine the oxygen loading state of the first exhaust gas catalytic converter 3, the value of which is then fed to the fifth controller unit RE_5.
  • the fifth controller unit RE_5 can also be designed as a simple P controller, as a PD controller, or as a PID controller. List of reference symbols

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Abstract

Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2), die mindestens einen ersten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator (3) und eine elektronischen Steuerungseinheit (7) aufweist, mit deren Hilfe eine Lambda-Regelung durchgeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektronische Steuerungseinheit (7) sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens. Zur Lambda-Regelung erfolgen erste direkte Regeleingriffe mittels einer ersten Reglereinheit (RE_1) auf Basis des ersten Sensorsignals (Sig1), das repräsentativ ist für einen ersten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom (11a) unmittelbar vor dem ersten Abgaskatalysator (3), und zweite temporäre direkte Regeleingriffe mittels einer zweiten Reglereinheit (RE_2) auf Basis des zweiten Sensorsignals (Sig2), das repräsentativ ist für einen zweiten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom (11 a) unmittelbar nach dem ersten Abgaskatalysator (3). Dabei wird ein auf Basis des zweiten Sensorsignals (Sig2) mittels einer I-Reglereinheit (RE_I) ermittelter bleibender I-Anteil, inclusive eines Adaptionsanteils (AD), der ersten Reglereinheit (RE_1) zur bleibenden Offset-Korrektur zugeführt, wobei eine Anpassung des Adaptionsanteils (AD) auf Basis einer laufenden Auswertung (Aw) der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer vorgenommen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Verbrennungsmotors, mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Dabei weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung zumindest einen ersten, nah an der Brennkraftmaschine angeordneten Abgaskatalysator, insbesondere einen Dreiwege-Katalysator, auf, der mittels einer Lambdaregelung auf Basis eines Sensorsignals, das repräsentativ ist für einen ersten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom unmittelbar vor dem Abgaskatalysator und eines zweiten Sensorsignals, das repräsentativ ist für einen zweiten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom unmittelbar nach dem Abgaskatalysator, unter möglichst optimalen Betriebsbedingungen betrieben werden soll.
Die immer strikter werdende europaweite Gesetzgebung in Bezug auf den Schadstoffausstoß von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, erfordert nicht nur den Einsatz und eine immer umfangreichere Ausgestaltung von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, sondern auch die ständige Überwachung der einwandfreien Funktion aller Vorrichtungskomponenten, die Einfluss nehmen auf den Schadstoffausstoß.
Um die Einhaltung der geforderten Grenzwerte mit Sicherheit gewährleisten zu können, werden Abgasnachbehandlungsvorrichtungen deshalb mit Kombinationen aus mehreren Abgaskatalysatoren und Partikelfiltern ausgestattet. Dazu kommen Abgassensoren, wie zum Bespiel Lambdasonden zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts im Abgas oder NOx-Sensoren, aus deren Signal neben der NOx- und NH3-Konzentration auch ein Lambda-Wert ermittelt werden kann.
Die von den diversen Sensoren gelieferten Werte werden zum einen zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine, insbesondere in Bezug auf den Schadstoffausstoß, und zur Überwachung des Schadstoffausstoßes benutzt, zum anderen jedoch auch zur Funktionsüberwachung der einzelnen Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung herangezogen. In Abgasnachbehandlungssystemen von Ottomotoren werden heute zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten zumindest ein in der Regel als 3-Wege-Katalysator ausgebildeter Abgaskatalysator zusammen mit einer Lambdasonde im Abgasstrom stromaufwärts und einer Lambdasonde stromabwärts des Abgaskatalysators eingesetzt. Die dynamischen und statischen Eigenschaften der Lambda-Sonde stromauf des Drei-Wege-Katalysators werden beispielsweise durch Alterung und Vergiftung verändert. Dadurch wird die Lage des A=1 (stöchiometrisches Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis) entsprechenden Signalpegels verschoben. Da ein Drei-Wege-Katalysator bei einem Rohabgas mit A=1 optimale katalytische Eigenschaften zeigt, sollte der vorbestimmte zugeordnete Signalpegel der Lambdasonde auch tatsächlich A=1 entsprechen.
Aus diesem Grund erfolgt in der Regel eine Kaskadenregelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf A=1. Diese Kaskadenregelung besteht aus einer Lambdaregelung als innerem Regelkreis auf Basis des Signals der stromaufwärts des Abgaskatalysators angeordneten Lambdasonde (Vor-Kat-Signal) und einem äußeren Regelkreis auf Basis des Signals der unmittelbar stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Lambdasonde (Nach-Kat-Signal). Dabei wirkt der Abgaskatalysator aufgrund seiner Sauerstoff-Speicherkapazität wie ein Puffer zwischen den beiden Regelkreisen.
Aufgrund von Störungen im System, welche von der Lambdaregelung nicht sofort korrigiert werden können (z. B. große, sprungartige Störungen oder auch kleine Abweichungen im gemessenen Vor-Kat-Signal) kann es je nach Größe und/oder Dauer der Störung zu einer Sollwertabweichung des Nach-Kat-Signals kommen. Dies tritt auf, wenn die Pufferwirkung des Katalysators nicht ausreichend groß für die eingeleitete Störung ist. Wenn z.B. aufgrund von einer geringen Abweichung im gemessenen Vor-Kat-Signal der Katalysator dauerhaft mit geringem Sauerstoffüberschuss oder Stickoxiden „beladen" wird, so füllt sich der Sauerstoffspeicher des Abgaskatalysators kontinuierlich. Dieser kann dann irgendwann den überschüssigen Sauerstoff nicht mehr verarbeiten und auch nicht mehr speichern. Als Folge wird dann auch im Nach-Kat-Signal ein Sauerstoffüberschuss bzw. ein Sauerstoffdurchbruch angezeigt.
Da jede gemessene Abweichung des Nach-Kat-Signals vom Sollwert, einen direkten Einfluss auf die Fahrzeugemissionen (NOx, HC, CO) haben kann, insbesondere wenn kein zusätzlicher zweiter Abgaskatalysator, auch als Unterboden-Katalysator bezeichnet, stromabwärts des ersten Abgaskatalysators verbaut ist, gilt es diese möglichst zu vermeiden. Selbst bei Vorhandensein eines Unterboden-Katalysators müssen Abweichungen des Nach-Kat-Signals vom Sollwert schnellstmöglich ausgeregelt werden, um die Reserven des Unterboden-Katalysators nicht zu überschreiten.
Die stromab des Drei-Wege- Katalysators eingesetzte Lambda-Sonde dient hier quasi als Monitorsonde zur Überwachung der katalytischen Umwandlung und ermöglicht eine Feinregulierung des Gemisches, indem der A=1 zugeordnete Signalpegel über den äußeren Regelkreis so korrigiert wird, daß der für die Konvertierung günstigste Lambda-Wert besser eingehalten werden kann. Dieses Verfahren wird als Führungs- oder Trimmregelung bezeichnet.
Dokument FR 2 746 851 B1 offenbart eine entsprechende Lambda-Regelung mit einem Abgaskatalysator und je einem Abgassensor stromaufwärts und stromabwärts des Abgaskatalysators. Dabei wird in einer ersten Regelschleife auf Basis des Signals des stromaufwärts angeordneten Abgassensors das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch geregelt. Mittels einer zweiten Regelschleife wird dabei auf Basis des Signals des stromabwärts angeordneten Abgassensors zumindest ein Parameter der ersten Regelschleife adaptiert.
Eine Trimmregelung wird beispielsweise auch in Dokument DE 198 19 461 A1 vorgestellt für die stromab des Drei-Wege- Katalysators eine weitere Lambda-Sonde angeordnet ist, die als Monitorsonde zur Überwachung der katalytischen Umwandlung eingesetzt wird und eine Feinregulierung des Gemisches ermöglicht, indem der A = 1 zugeordnete Signalpegel so korrigiert wird, dass der für die Konvertierung günstigste Lambda- Wert immer eingehalten werden kann.
Für die Trimmregelung als äußerem Regelkreis auf Basis des Signals der unmittelbar stromabwärts des Abgaskatalysators angeordneten Lambdasonde wird typischer Weise ein PID-Regler (mit proportionalem (P), integralem (I) und differentialem (D) Verhalten) verwendet, bei dem der P & D Anteil auf kurzfristige Störungen und der I-Anteil, angepasst an den als Sauerstoffspeicher wirkenden Abgaskatalysator (Totzeitglied) relativ langsam reagieren soll, um stationäre Störungen auszugleichen. Aufgrund der immer strenger gefassten Abgasgesetzgebungen, muss auch die Speicherfähigkeit und Größe der verbauten Abgaskatalysatoren steigen. Damit ist auch ein größeres Totzeitglied im Regelkreis zu berücksichtigen, was zur Folge hat, dass der I-Anteil des PID-Reglers weiter verlangsamt und die definierte Sperrzeit nach instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine weiter verlängert werden muss.
Um ein „Verlernen“ des I-Anteils aufgrund von nicht repräsentativen Betriebszuständen zu vermeiden und dadurch die Emissionen in den übrigen Betriebszuständen negativ zu beeinflussen, ist der Arbeitsbereich des I-Anteils auf typische Betriebszustände beschränkt. Aus diesem Grund wird der I-Anteil in der Regel für die Dauer eines definierten Luftmassenintegrals, nach instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine, wenn das Fahrzeug zu dynamisch bewegt und dauernd zwischen Schubabschalten - Einspritzung & Lambdaregelung aus - und Normalbetrieb betrieben wird, gesperrt.
Dies kann dazu führen, dass geringe Abweichungen des Pegels des Nach-Kat-Signals vom Sollwert nicht über den I-Anteil des PID-Reglers bleibend ausgeregelt werden können, da nicht ausreichend Zeit für den I-Anteil zur Verfügung steht, um die geringe Abweichung zu lernen.
Bisherige Lösungen reagieren in oben beschriebener Situation mit permanentem Regeleingriff gemäß dem P-/D-Anteil des PID-Reglers, jedoch ohne Lerneffekt, beispielsweise in Form einer Adaption eines bleibenden Regeleingriffes gemäß einem I-Anteil des PID-Reglers.
Um die auf der neuesten Gesetzgebung basierenden Schadstoffgrenzwerte einhalten zu können, ist es unter Umständen erforderlich, zusätzlich zu einem ersten nahe an der Brennkraftmaschine, am stromaufwärtigen Ende der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, angeordneten Abgaskatalysator zumindest einen zweiten Abgaskatalysator (Unterboden-Katalysators, UbKat) näher am stromabwärtigen Ende der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, in der Regel am Unterboden des Kraftfahrzeugs, anzuordnen, um Schadstoffkomponenten zu eliminieren, die durch Fehl- oder Mangelfunktion der, bezogen auf den Abgasmassenstrom, vorgelagerten Katalysatoren bis dahin nicht eliminiert werden konnten. Zur abschließenden Überwachung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann dann stromabwärts des zweiten Abgaskatalysators ein weiterer Abgassensor angeordnet werden, der einen Durchbruch von Schadstoffen, insbesondere NOx oder NH3, aber auch einen Sauerstoffdurchbruch erkennt und ein entsprechendes Signal bereitstellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lambda-Regelung für eine Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen die es insbesondere ermöglicht gerade auf geringfügige, permanente Abweichungen des Vor-Kat-Signals zur reagieren und daraus resultierende kontinuierlich erforderliche P-/D-Regler-Eingriffe der Trimmregelung dauerhaft zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße elektronische Steuerungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Die Vorteile der Erfindung liegend darin, dass gerade geringfügige permanente Abweichungen des Vor-Kat-Signals auf Basis der daraus resultierenden Regeleingriffe auf Basis des Nach-Kat-Signals erkannt, und mittels eines daraus „gelernten“ dauerhaften Korrektureingriffs vermieden werden können. Dies verbessert das Emissionsverhalten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nachhaltig, da wiederkehrende Sollwertabweichungen des Nach-Kat-Signals, die sich negativ auf das Emissionsverhalten auswirken, vermieden werden können.
Vorteilhafte Ausführungsformen, Weiterbildungen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens einen ersten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator aufweist. Dabei wird mittels einer der Brennkraftmaschine zugeordneten elektronischen Steuerungseinheit eine Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches durchgeführt, mit dem Ziel ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftgemisch, A=1 , dauerhaft zu gewährleisten.
Zur Lambda-Regelung werden ein erstes Sensorsignals und ein zweites Sensorsignal herangezogen, wobei das erste Sensorsignal repräsentativ ist für einen ersten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom unmittelbar vor dem ersten Abgaskatalysator und hier auch als Vor-Kat-Signal bezeichnet wird und das zweite Sensorsignals repräsentativ ist für einen zweiten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom unmittelbar nach dem ersten Abgaskatalysator und hier auch als Nach-Kat-Signal bezeichnet wird.
Zur Lambda-Regelung erfolgen erste direkte Regeleingriffe mittels einer ersten Reglereinheit auf Basis des ersten Sensorsignals und zweite temporäre direkte Regeleingriffe mittels einer zweiten Reglereinheit auf Basis des zweiten Sensorsignals. Weiterhin werden der ersten Reglereinheit, zur bleibenden Offset-Korrektur, ein auf Basis des zweiten Sensorsignals mittels einer I-Reglereinheit (Integral-Regler) ermittelter bleibender I-Anteil (Integrativer Anteil) inclusive eines Adaptionsanteils, zugeführt. Zur Ermittlung bzw. zur Anpassung des dem I-Anteil der I-Reglereinheit zugeschlagene Adaptionsanteils wird eine laufende Auswertung der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer vorgenommen und der Adaptionsanteil wird in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Auswertung ermittelt bzw. angepasst.
Im Rahmen der Auswertung können die genannten Merkmale der Regeleingriffe, Häufigkeit, Intensität und Dauer sowohl einzeln betrachtet als auch in beliebiger Kombination beispielsweise statistisch ausgewertet und ggf. unter Gewichtung der Einzelergebnisse zu einem Ergebnis zusammengezogen werden. Auf Basis des so ermittelten Ergebnisses wird dann der dem I-Anteil zuzuschlagende Adaptionsanteil ermittelt. Auf diese Weise können auch kleine permanente Abweichungen im Signalpegel des Vor-Kat-Signals dauerhaft korrigiert und die Anzahl der Regeleingriffe auf Basis des Nach-Kat-Signals stark reduziert werden.
In einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erste Reglereinheit, die direkte Regeleingriffe auf Basis des ersten Sensorsignals (Vor-Kat-Signal) ausführt als PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) ausgebildet und die zweite Reglereinheit, die temporäre direkte Regeleingriffe auf Basis des zweiten Sensorsignals (Nach-Kat-Signal) ausführt, ist als PD-Regler (Proportional-Differential-Regler) ausgebildet. Dabei führt der PD-Regler Regeleingriffe nur dann und nur so lange durch, wie ein Sauerstoffdurchbruch durch das Nach-Kat-Signal angezeigt wird, also temporär. Diese Kombination von PID-Regler und PD-Regler zeichnet sich aus durch einen einfachen und erprobten Aufbau und ein, über weite Bereiche, stabiles Regelverhalten. In weiterer Ausgestaltung der vorgenannten ersten Ausführung ergibt sich eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die zweite Reglereinheit, also der PD-Regler mit der I-Reglereinheit (Integral-Regler) zu einem weiteren PID-Regler zusammengefasst sind. Hierbei erfolgen die zweiten temporären direkten Regeleingriffe lediglich mittels der P-Anteile (Proportional-Anteile) oder der D-Anteile (Differential-Anteile) oder auch mittels einer Kombination der P-Anteile und der D-Anteile des weiteren PID-Reglers. Ein bleibender I-Anteil (Integral-Anteil) des weiteren PID-Reglers, wird inclusive des Adaptionsanteils, der mittels der Auswertung der Regeleingriffe des vorgenannten PD-Reglers ermittelt und dem I-Anteil zugeschlagen wurde, der ersten Reglereinheit, also dem ersten PID-Regler zur bleibenden Offset-Korrektur zugeführt.
Aufbauend auf eine der zuvor genannten Ausführungen ergibt sich eine dritte erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens. Diese Ausführung setzt voraus, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen im Abgasmassenstrom dem ersten Abgaskatalysator nachgeordneten zweiten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator aufweist. In diesem Fall kann zur Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches, ein drittes Sensorsignal (Nach-UbKat-Signal), das repräsentativ ist für einen dritten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom unmittelbar nach dem zweiten Abgaskatalysator, herangezogen werden. Diese Maßnahme erhöht die Funktionssicherheit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung um eine weitere Stufe. Sollte es also, trotz der verbesserten Lambda-Regelung gemäß den vorausgehend beschriebenen Ausführungen des Verfahrens, zur Sauerstoffübersättigung des zweiten Abgaskatalysators kommen und das Nach-UbKat-Signal einen Sauerstoffdurchbruch anzeigen, kann dies in der Lambda-Regelung berücksichtigt und das Kraftstoff-Luft-Gemisch so geregelt werden, dass solche Sauerstoffdurchbrüche auf ein Minimum reduziert bzw. dauerhaft vermieden werden.
Die Bezeichnungen erster Abgaskatalysator und zweiter Abgaskatalysator stehen dabei für zwei im Abgasmassenstrom aufeinanderfolgend angeordnete Abgaskatalysatoren zwischen denen gegebenenfalls weitere Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Partikelfilter, jedoch keine weitere sauerstoffspeicherfähige Komponente angeordnet sein darf. Diese Bezeichnungen sollen jedoch die Anzahl der insgesamt in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordneten Abgaskatalysatoren nicht auf zwei begrenzen. In häufiger Konstellation ist jedoch der erste Abgaskatalysator ein motornahe, also in unmittelbarer Nähe zur Brennkraftmaschine angeordneter Dreiwegekatalysator (TWC) und der zweite Abgaskatalysator ein motorfern, am Unterboden eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs angeordneter, sogenannter Unterboden-Katalysator (UbKat).
In Ausgestaltung der vorausgehend beschriebenen dritten Ausführung des Verfahrens werden in einer vierten Ausführung mittels einer dritten Reglereinheit, auf Basis des dritten Sensorsignals (Nach-UbKat-Signal) generierte Regelgrößen, der zweiten Reglereinheit (PD-Regler ggf. als Teil des weiteren PID-Reglers) zugeführt und so in die laufende Auswertung der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer einbezogen. Die dritte Reglereinheit kann dabei wahlweise als einfacher P-Regler (Proportional-Regler), als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgeführt sein. Dabei wird die zweite Regeleinheit (PD-Regler ggf. als Teil des weiteren PID-Reglers) jeweils nur mit dem P-Anteil oder dem D-Anteil oder mit P-Anteil und D-Anteil in Kombination beaufschlagt. Auf diese Weise finden diese Regeleigriffe der dritten Reglereinheit Eingang in den Adaptionsanteil und zusammen mit dem I-Anteil der I-Regeleinheit bzw. dem I-Anteil des weiteren PID-Reglers in die dauerhafte Korrektur des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches und verbessert so das Emissionsverhalten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung weiter.
In einer weiteren fünften Ausführung werden ergänzend zu der dritten oder vierten Ausführung dritte temporäre direkte Regeleingriffe mittels einer vierten Reglereinheit auf Basis des dritten Sensorsignals (Nach-UbKat-Signal) durchgeführt. Diese Regeleingriffe erfolgen parallel zu den ersten und zweiten direkten Regeleingriffen in Reaktion auf einen Sauerstoffdurchbruch am zweiten Abgaskatalysator Die vierte Reglereinheit kann dabei wahlweise als einfacher P-Regler, als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine schnelle Reaktion der Regelstrecke auf temporär auftretende Störungen und minimiert die damit verbundenen negativen Einflüsse auf das Emissionsverhalten.
Gemäß einer weiteren sechsten Ausführung erfolgen, parallel zu den ersten und zweiten und ggf. auch zu den dritten direkten Regeleingriffen, vierte direkte Regeleingriffe mittels einer fünften Reglereinheit auf Basis eines, mittels eines Sauerstoff-Speichermodells ermittelten, Sauerstoffbeladungszustands des ersten Abgaskatalysators. Wobei das Sauerstoff-Speichermodells zur Ermittlung der Sauerstoffbeladungszustandes des ersten Abgaskatalysators eingerichtet ist. Die fünfte Reglereinheit kann dabei wahlweise als einfacher P-Regler (Proportional-Regler), als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgeführt sein. Dies ermöglicht einen vorausschauenden, präventiven Regeleingriff auf Basis des ermittelten Werts der Sauerstoffbeladung, bereits bevor ein Sauerstoffdurchbruch am ersten Abgaskatalysator im Nach-Kat-Signal sichtbar wird.
In einer siebten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das erste Sensorsignals (Vor-Kat-Signal) das Signal eines als lineare Lambdasonde ausgebildeten Abgassensors ist und das zweite Sensorsignal (Nach-Kat-Signal) das Signal eines als binäre Lambdasonde ausgebildeten Abgassensors ist. Sofern gemäß der dritten Ausführung ein weiterer Abgaskatalysator und ein drittes Sensorsignal (Nach-UbKat-Signal) vorhanden sind ist das dritte Sensorsignal ein den Sauerstoffgehalt im Abgas repräsentierendes Signal eines als NOx-Sensor ausgebildeten Abgassensors. Diese Konfiguration orientiert sich vorteilhaft an einer bei Abgasnachbehandlungsvorrichtungen mit einem oder zwei Abgaskatalysatoren gebräuchlichen Auswahl und Anordnung von Abgassensoren und es kann auf die Signale der ggf. ohnehin vorhandenen Abgassensoren zurückgegriffen werden.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass sowohl der erste Abgaskatalysator und der zweite Abgaskatalysator als Dreiwegekatalysator (Three Way Catalyst, TWC) ausgebildet sind. Dies gewährleistet, dass Abgasanteile, die ggf. aufgrund von Fehlfunktionen durch den ersten Dreiwegekatalysator geschlüpft sind, zuverlässig in dem stromabwärts angeordneten zweiten Dreiwegekatalysator umgewandelt werden können.
Die erfindungsgemäße elektronische Steuerungsvorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, weist zumindest eine elektronische Speichereinrichtung auf, in der zumindest ein Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt ist. Weiterhin weist die elektronische Steuerungsvorrichtung eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle, die zum Empfang und zur Ausgabe von elektrischen Signalen eingerichtet ist, sowie eine elektronischen Recheneinheit (Prozessor) zur Ausführung von Programmanweisungen, mit Zugriff auf die zumindest eine elektronische Speichereinrichtung und die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle, auf, wobei die Programmanweisungen, wenn sie mittels der elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, die elektronische Steuerungsvorrichtung veranlassen das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen auszuführen.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Brennkraftmaschinemit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, umfasst Programmanweisungen zur Ausführung durch die Recheneinheit der vorausgehend beschriebenen elektronischen Steuerungsvorrichtung, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung durch die elektronische Recheneinheit, die elektronische Steuerungsvorrichtung veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Computerprogrammproduktes liegen wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darin, dass gerade geringfügige permanente Abweichungen des Vor-Kat-Signals, auf Basis der daraus resultierenden Regeleingriffe auf Basis des Nach-Kat-Signals erkannt, und mittels eines daraus „gelernten“ dauerhaft adaptierten Korrektureingriffs vermieden werden können. Dies verbessert das Emissionsverhalten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nachhaltig, da wiederkehrende Sollwertabweichungen des Nach-Kat-Signals, die sich negativ auf das Emissionsverhalten auswirken, vermieden werden können.
Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorstehend in der Beschreibung oder nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungen der erfindungsgemäßen Gegenstände sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der elektronischen Steuerungsvorrichtung sowie dem Computerprogrammprodukt, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Der Begriff Reglereinheit ist als Oberbegriff für die an sich bekannten P-Regler, I-Regler, PD-Regler oder PID-Regler zu verstehen, wobei diese Reglereinheiten nicht als physikalische Komponenten im herkömmlichen Sinne, sondern als in der elektronischen Steuerungseinheit programmiertechnisch hinterlegte Rechen-Algorithmen oder in Form von mikroelektronischen Schaltungen realisierte Funktionalitäten zu verstehen sind.
Anhand der Figuren werden im Folgenden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen der Erfindung näher erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt sein soll.
Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
Fig. 2 ein vereinfacht dargestelltes Blockschaltbild mit Darstellung der Reglereinheiten und deren Verknüpfung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 3 ein vereinfacht dargestelltes Blockschaltbild wie Fig. 2 jedoch erweitert um weitere Ausführungsformen
Die Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind dabei lediglich als schematisch anzusehen und die Größenverhältnisse der einzelnen Figuren und der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Funktions- und Benennungsgleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In einzelnen Figuren können einzelne Bezugszeichen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit weggelassen sein.
Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 , die beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmotor mit vier Zylindern (angedeutet) ausgebildet sein kann. Die Brennkraftmaschine 1 wird von der Einlassseite her über eine Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 mit Luft-Kraftstoff-Gemisch 10a versorgt. Die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 repräsentiert dabei beispielsweise ein Kraftstoff-Einspritzsystem in Verbindung mit einer Drosselklappe, die über Signalleitungen 8 mit der elektronischen Steuerungsvorrichtung 7 verbunden sind und so angesteuert werden, dass den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch 10a in einer vorbestimmten Menge und Zusammensetzung zugeführt wird. So kann über die elektronische Steuerungseinrichtung, gemäß der darin ausgeführten Programmanweisungen, sowohl Einfluss genommen werden auf die zur Verfügung gestellte Leistung als auch auf die Zusammensetzung des Abgasmassenstroms 11a, insbesondere auf den sogenannten Lambda-Wert, der Auskunft gibt über den Sauerstoffanteil im Abgas.
Auf der Auslassseite der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 mit einem ersten Abgaskatalysator 3 einem zweiten Abgaskatalysator 4 und einem Partikelfilter 5, die über ein Abgasrohr 11 an die Brennkraftmaschine 1 angeschlossen und miteinander verbunden sind. Durch das Abgasrohr 11 wird der Abgasmassenstrom 11a zu den vorgenannten Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 geleitet. Der Abgasmassenstrom 11a ist mit Pfeilsymbolen dargestellt, die die Strömungsrichtung des Abgasmassenstromes 11a anzeigen. Der erste Abgaskatalysator 3 ist motornahe, unmittelbar am Abgasauslass der Brennkraftmaschine 1 angeordnet und ist hier beispielsweise als Dreiwegekatalysator (TWC) ausgebildet. Auf den ersten Abgaskatalysator 3 folgt, bezogen auf den Abgasmassenstrom 10a stromabwärts, zunächst ein Partikelfilter 5, der beispielsweise als Gasoline-Partikelfilter (GPF) ausgebildet ist und dann der zweite Abgaskatalysator 4, der ebenfalls als Dreiwegekatalysator (TWC) ausgebildet sein kann und beispielsweise als sogenannter Unterboden-Katalysator (UbKat) am Unterboden eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann.
Im Abgasrohr 11 ist stromaufwärts des ersten Abgaskatalysators 3 ein erster Abgassensor 6a und stromabwärts des ersten Abgaskatalysators 3 ein zweiter Abgassensor 6b und stromabwärts des zweiten Abgaskatalysators 4 ein dritter Abgassensor 6c im Abgasmassenstrom angeordnet. Im Abgasrohr 11 zwischen dem ersten Abgaskatalysator 3 und dem Partikelfilter 5 ist zusätzlich ein Temperatursensor 9 zur Messung der Temperatur des Abgasmassenstroms 11 a angeordnet.
Die genannten Sensoren 6a-c und 9 sind über elektrische Signalleitungen 8 mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung 7 verbunden zur Übermittlung der Sensorsignale an die Steuerungsvorrichtung 7. Auch die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 der Brennkraftmaschine 1 steht über elektrische Signalleitungen 8 in Verbindung mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung 7.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 7 weist eine elektronische Recheneinheit 7a, auch als Prozessor bezeichnet, eine elektronische Speichereinrichtung 7b und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c auf. Die elektronische Speichereinrichtung 7b umfasst in dieser Ausführung einen Programmspeicher 7b1 in dem ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 20 mit Programmanweisungen zur Verfügung steht. Weiterhin weist die elektronische Speichereinrichtung 7b einen Betriebsdatenspeicher 7b2, in dem vorgegebene als auch im Betrieb erfasste Betriebsdaten 21 , zum Beispiel in Kennfeldern geordnet, gespeichert sind.
Die elektronische Recheneinheit 7a ist dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren in den zuvor beschriebenen und ggf. darüberhinausgehenden Ausführungen durchzuführen. Dazu hat die elektronische Recheneinheit 7a Zugriff bzw. steht in Datenverbindung (symbolisiert durch verbindende Pfeile) mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c, dem Programmspeicher 7b1 und dem Betriebsdatenspeicher 7b2. Bei Ausführung der Programmanweisungen, mittels der elektronischen Recheneinheit 7a unter Heranziehung der relevanten Betriebsdaten 12 und diverser Schwellenwerte für den Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom, wird die elektronische Steuerungsvorrichtung 7 veranlasst, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 , unter Ausführung einer Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine 1 im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches 10a auszuführen.
Dabei werden gemäß den Programmanweisungen, über die Ein-Ausgabe-Schnittstelle 7c, Sensordaten bzw. Betriebsdaten12, zum Beispiel die Signale der Abgassensoren 6a-c die den Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom 10a repräsentieren und Signale des Temperatursensors 9 empfangen und die programmgemäß vorgegebenen Rechenoperationen zur Lambda-Regelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt. Darauf basierend werden dann Steuerungsbefehle, zum Beispiel zur Steuerung der Luft-Kraftstoff-Gemischs 10a an die Luft-Kraftstoff-Gemischs-Zufuhreinheit 10 der Brennkraftmaschine 1 ausgegeben.
In Figur 2 ist ein vereinfacht dargestelltes Blockschaltbild mit Darstellung der Reglereinheiten und deren Verknüpfung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Als Basis dient die Darstellung der Brenn Kraftmaschine 1 mit Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 und Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 jedoch zunächst nur mit einem erstem sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator 3 und einem Partikelfilter 5, sowie der Abgassensoren 6a und 6b, die entlang dem Abgasrohr 11 angeordnet sind, wie bereits zu Fig. 1 erläutert. Weiterhin sind die Reglereinheiten RE_1 , RE_2 und RE_I symbolisiert dargestellt als gestrichelt umrandete einzelne Einheiten. Mit gepunkteten Linien sind die Signalübertragungen zwischen den Abgassensoren 6a, 6b und den Reglereinheiten RE_1 , RE_2 und RE_I dargestellt.
Zur Lambda-Regelung wird ein erstes Sensorsignals Sig1 , das vom ersten Abgassensor 6a zur Verfügung gestellt wird und repräsentativ ist für einen ersten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom 11 a unmittelbar vor dem ersten Abgaskatalysator 3, der ersten Reglereinheit RE_1 zugeführt.
Weiterhin wird der zweiten Reglereinheit RE_2 und der I-Reglereinheit RE_I parallel ein zweites Sensorsignals Sig2, das vom zweiten Abgassensor 6b zur Verfügung gestellt wird und repräsentativ ist für einen zweiten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom 11a unmittelbar nach dem ersten Abgaskatalysator (3), zugeführt.
Zusätzlich wird der ersten Reglereinheit RE_1 ein auf Basis des zweiten Sensorsignals Sig2 mittels der I-Reglereinheit RE_I ermittelter bleibender I-Anteil, inclusive eines Adaptionsanteils AD, zur bleibenden Offset-Korrektur zugeführt. Auf dieser Basis erfolgt dann ein erster, um den I-Anteil der I-Reglereinheit RE_I und den Adaptionsanteil AD korrigierter direkter Regeleingriff auf die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zuführungseinheit 10 mittels der ersten Reglereinheit RE_1.
Darüber hinaus erfolgt ein zweiter temporärer direkter Regeleingriff auf die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zuführungseinheit 10 mittels der zweiten Reglereinheit RE_2, zur schnellen Lambda-Korrektur des Luft-Kraftstoff-Gemischs 10a im Falle eines mittels des zweiten Abgassensors 6b detektierten Sauerstoffdurchbruches. Zudem erfolgt eine laufende Auswertung der zweiten temporären Regeleingriffe der zweiten Reglereinheit RE_2, wobei der dem I-Anteil der I-Reglereinheit RE_I zugeschlagene Adaptionsanteil AD in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Auswertung angepasst wird. Dies ist in Fig. 2 durch eine Auswertungseinheit, Aw>>AD, symbolisiert dargestellt, die beispielsweise als Auswertungsalgorithmus Aw>>AD in der elektronischen Recheneinheit 7a der elektronischen Steuerungsvorrichtung realisiert werden kann, und das Ergebnis der Auswertung an die I-Reglereinheit RE_I überträgt.
Die Auswertung der Regeleingriffe der zweiten Reglereinheit RE_2 kann dabei bezüglich zumindest einem der Merkmale Häufigkeit, Intensität und Dauer der Regeleingriffe also auch in einer Kombination dieser Merkmale erfolgen. Dabei können beispielsweise sowohl statistische Auswertungsmethoden als auch eine gewichtete Kombination der Einzelmerkmale zur Anwendung kommen.
Auf diese Weise werden wiederholt erzwungene Regeleingriffe der zweiten Reglereinheit RE_2 in eine dauerhafte Korrektur der Regeleingriffe der ersten Reglereinheit RE_1 einbezogen und die Häufigkeit der Sauerstoffdurchbrüche am ersten Abgaskatalysator signifikant reduziert.
Die erste Reglereinheit RE_1 kann dabei als sogenannter PID-Regler ausgebildet sein, die zweite Reglereinheit RE_2 kann als sogenannter PD-Regler ausgebildet sein. Dabei kann die zweite Reglereinheit RE_2 mit der I-Reglereinheit RE_I zu einem weiteren PID-Regler RE_2‘ zusammengefasst werden, wie in Fig. 2 mittels einer gestrichelten Umfassung der zweiten Reglereinheit RE_2 und der I-Reglereinheit RE_I symbolisch dargestellt ist. Vom weiteren PID-Regler RE_2‘ wird dann der I-Anteil, ergänzt durch den Adaptionsanteil AD an die erste Reglereinheit RE_1 übertragen und die P-Anteile und/oder D-Anteile werden für die zweiten direkten Regeleingriffe und die laufende Auswertung dieser herangezogen.
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild wie Fig. 2 jedoch erweitert um weitere Ausführungsformen. So weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 hier einen zweiten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator 4 auf, der stromabwärts des Partikelfilters 5 im Abgasrohr 11 angeordnet ist. Dieser kann als Dreiwegekatalysator TWC ausgebildet sein und wird aufgrund seiner Anordnung, in der Regel am Unterboden eines Kraftfahrzeugs, das durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, auch als Unterbodenkatalysator UbKat bezeichnet. Unmittelbar stromabwärts des zweiten Abgaskatalysators 4 ist ein weiterer Abgassensor 6c angeordnet. Dieser Abgassensor 6c kann beispielsweise als NOx-Sensor ausgebildet sein, der ein drittes Sensorsignal Sig3 zur Verfügung stellt, das repräsentativ ist für den Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom 11 a unmittelbar stromabwärts des zweiten Abgaskatalysators 4 und zur Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine 1 im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches 10a, ergänzend herangezogen wird.
Dazu wird das dritte Sensorsignal Sig3 einer dritten Reglereinheit RE_3 zugeführt und mittels der dritten Reglereinheit RE_3, auf Basis des dritten Sensorsignals Sig3 generierte Regelgrößen bzw. Regeleingriffe werden der zweiten Reglereinheit RE_2 bzw. dem weiteren PID-Regler RE_2‘ zugeführt. Auf diese Weise werden die temporären Regeleingriffe der zweiten Reglereinheit RE_2 forciert und die ebenfalls temporären Regeleingriffe der dritten Reglereinheit RE_3 werden in die laufende Auswertung der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer einbezogen und wirken sich somit auf den Adaptionsanteil AD und die dauerhafte Korrektur der ersten Regeleingriffe aus. Die dritte Reglereinheit RE_3 kann dabei als einfacher P-Regler, als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgebildet sein.
Weiterhin in Fig. 3 dargestellt ist eine vierte Reglereinheit RE_4 der auch das dritte Sensorsignal Sig3 zugeführt wird. Mittels der vierten Reglereinheit RE_4 werden dritte temporäre direkte Regeleingriffe auf die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 vorgenommen, die auf Basis des dritten Sensorsignals Sig3 erfolgen. Dies dient einer unmittelbaren, schnellen Lambda-Korrektur des Luft-Kraftstoff-Gemisches 10a im Falle eines Sauerstoffdurchbruchs am zweiten Abgaskatalysator 4. Auch die vierte Reglereinheit RE_4 kann dabei als einfacher P-Regler, als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgebildet sein.
Weiterhin in Fig. 3 dargestellt ist eine fünfte Reglereinheit RE_5 mit der vierte direkte Regeleingriffe auf die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 vorgenommen werden können. Diese erfolgen in diesem Fall auf Basis eines mit einem Sauerstoff-Speichermodell L-Mod ermittelten Sauerstoffbeladungszustands des ersten Abgaskatalysators 3. Das Sauerstoff-Speichermodell L-Mod ist in Fig. 2 durch einen mit dem ersten Abgaskatalysator einerseits und der fünften Reglereinheit RE_5 in Verbindung stehenden mit L-Mod bezeichneten Kasten symbolisch dargestellt. Das Sauerstoff-Speichermodell L-Mod kann dabei ebenfalls als Rechenalgorithmus in der elektronischen Recheneinheit 7a der elektronischen Steuerungsvorrichtung zur Verfügung gestellt sein und dient zur Ermittlung des Sauerstoffbeladungszustands des ersten Abgaskatalysators 3, dessen Wert dann der fünften Reglereinheit RE_5 zugeführt wird. Auch die fünfte Reglereinheit RE_5 kann dabei als einfacher P-Regler, als PD-Regler oder auch als PID-Regler ausgebildet sein. Bezugszeichenliste
1 Brennkraftmaschine
2 Abgasnachbehandlungsvorrichtung
3 erster Abgaskatalysator
4 zweiter Abgaskatalysator
5 Partikelfilter
6a - c Abgassensoren
7 elektronische Steuerungsvorrichtung
7a Elektronische Recheneinheit
7b Elektronische Speichereinrichtung
7b1 Programmspeicher
7b2 Betriebsdatenspeicher
7c Ein-/Ausgabe-Schnittstelle
8 Signalleitungen
9 Temperatursensor
10 Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit
10a Luft-Kraftstoff-Gemisch
11 Abgasrohr
11 a Abgasmassenstrom
20 Computerprogrammprodukt
21 Betriebsdaten
GPF Gasoline-Partikelfilter
Ap Druckdifferenzsensor
TWC Dreiwegekatalysator
UbKat Unterbodenkatalysator
RE_1 erste Reglereinheit
RE_2 zweite Reglereinheit
RE_2‘ weiterer PID-Regler
RE_3 dritte Reglereinheit
RE_4 vierte Reglereinheit
RE_5 fünfte Reglereinheit
Sig1 erstes Sensorsignal
Sig2 zweites Sensorsignal
Sig3 drittes Sensorsignal
L-Mod Sauerstoff-Speichermodell
Aw»AD Auswertungseinheit / Auswertungsalgorithmus
AD Adaptionsanteil

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) mindestens einen ersten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator (3) aufweist und mittels einer der Brennkraftmaschine (1 ) zugeordneten elektronischen Steuerungseinheit (7) eine Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine (1 ) im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (10a) durchgeführt wird, wobei zur Lambda-Regelung ein erstes Sensorsignals (Sig1 ), das repräsentativ ist für einen ersten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom (11a) unmittelbar vor dem ersten Abgaskatalysator (3) und ein zweites Sensorsignals (Sig2), das repräsentativ ist für einen zweiten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom (11 a) unmittelbar nach dem ersten Abgaskatalysator (3), herangezogen werden, wobei erste direkte Regeleingriffe mittels einer ersten Reglereinheit (RE_1 ) auf Basis des ersten Sensorsignals (Sig1 ) erfolgen, und zweite temporäre direkte Regeleingriffe mittels einer zweiten Reglereinheit (RE_2) auf Basis des zweiten Sensorsignals (Sig2) erfolgen und ein auf Basis des zweiten Sensorsignals (Sig2) mittels einer I-Reglereinheit (RE_I) ermittelter bleibender I-Anteil, inclusive eines Adaptionsanteils (AD), der ersten Reglereinheit (RE_1 ) zur bleibenden Offset-Korrektur zugeführt werden, wobei eine laufende Auswertung (Aw) der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer vorgenommen wird und der dem I-Anteil der I-Reglereinheit (RE_I) zugeschlagene Adaptionsanteil (AD) in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Auswertung (Aw) angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erste Reglereinheit (RE_1 ) als PID-Regler ausgebildet ist und die zweite Reglereinheit (RE_2) als PD-Regler ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Reglereinheit (RE_2) mit der I-Reglereinheit (RE_I) zu einem weiteren PID-Regler (RE_2‘) zusammengefasst sind und die zweiten temporären direkten Regeleingriffe mittels der P- und/oder D-Anteile des weiteren PID-Reglers (RE_2‘) erfolgen und ein bleibender I-Anteil des weiteren PID- Reglers (RE_2‘), inclusive des Adaptionsanteils (AD), der ersten Reglereinheit (RE_1 ) zur bleibenden Offset-Korrektur zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2) einen im Abgasmassenstrom (11 a) dem ersten Abgaskatalysator (3) nachgeordneten zweiten sauerstoffspeicherfähigen Abgaskatalysator (4) aufweist und zur Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine (1 ) im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (10a), ein drittes Sensorsignals (Sig3), das repräsentativ ist für einen dritten Sauerstoffanteil im Abgasmassenstrom (11 a) unmittelbar nach dem zweiten Abgaskatalysator (4), herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mittels einer dritten Reglereinheit (RE_3), auf Basis des dritten Sensorsignals (Sig3) generierte Regelgrößen der zweiten Reglereinheit (RE_2) zugeführt werden und so in die laufende Auswertung der zweiten temporären Regeleingriffe bezüglich deren Häufigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer einbezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei dritte temporäre direkte Regeleingriffe mittels einer vierten Reglereinheit (RE_4) auf Basis des dritten Sensorsignals (Sig3) erfolgen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei vierte direkte Regeleingriffe mittels einer fünften Reglereinheit (RE_5) auf Basis eines Sauerstoffbeladungszustands des ersten Abgaskatalysators (3), der mittels eines Sauerstoff-Speichermodells (L-Mod) ermitteltet wird, erfolgen.
8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das erste Sensorsignals (Sig1 ) das Signal eines als linearen Lambdasonde ausgebildeten Abgassensors (6a) ist und das zweite Sensorsignal (Sig2) das Signal eines als binäre Lambdasonde ausgebildeten Abgassensors (6b) ist und das ggf. vorhandene dritte Sensorsignal (Sig3) ein den Sauerstoffgehalt im Abgas repräsentierendes Signal eines als NOx-Sensor ausgebildeten Abgassensors (6c) ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der erste Abgaskatalysator (3) und der zweite Abgaskatalysator (4) als Dreiwegekatalysator (TWC1 , TWC2) ausgebildet sind.
10. Elektronische Steuerungsvorrichtung (7) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2), mit zumindest
- einer elektronischen Speichereinrichtung (7b) in der zumindest ein Computerprogrammprodukt (20) mit Programmanweisungen zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt ist und
- eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle (7c) die zum Empfang und zur Ausgabe von elektrischen Signalen eingerichtet ist, sowie
- einer elektronischen Recheneinheit (Prozessor) (7a) zur Ausführung von Programmanweisungen, mit Zugriff auf die zumindest eine elektronische Speichereinrichtung (7b) und die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle (7c); wobei die Programmanweisungen, wenn sie mittels der elektronischen Recheneinheit (7a) ausgeführt werden, die elektronische Steuerungsvorrichtung (7) veranlassen das Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.
11 . Computerprogrammprodukt (20) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1 ) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2), umfassend Programmanweisungen zur Ausführung durch die elektronische Recheneinheit (7a) der elektronischen Steuerungsvorrichtung (7) gemäß Anspruch 10, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung durch die elektronische Recheneinheit (7a), die elektronische Steuerungsvorrichtung (7) veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2746851B1 (fr) 1996-03-27 1998-04-30 Siemens Automotive Sa Procede et dispositif de regulation en boucle fermee de la richesse d'un melange air/carburant destine a l'alimentation d'un moteur a combustion interne
DE19819461A1 (de) 1998-04-30 1999-11-04 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung
US20080087259A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control system and method for internal combustion engine
DE102020112266A1 (de) * 2019-05-07 2020-11-12 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und system für katalysatorrückkopplungssteuerung
WO2023156252A1 (de) * 2022-02-15 2023-08-24 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung und verfahren zur lambdaregelung von ottomotoren und kraftfahrzeug

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10100613C1 (de) * 2001-01-09 2002-06-13 Siemens Ag Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2746851B1 (fr) 1996-03-27 1998-04-30 Siemens Automotive Sa Procede et dispositif de regulation en boucle fermee de la richesse d'un melange air/carburant destine a l'alimentation d'un moteur a combustion interne
DE19819461A1 (de) 1998-04-30 1999-11-04 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung
US20080087259A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control system and method for internal combustion engine
DE102020112266A1 (de) * 2019-05-07 2020-11-12 Ford Global Technologies, Llc Verfahren und system für katalysatorrückkopplungssteuerung
WO2023156252A1 (de) * 2022-02-15 2023-08-24 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung und verfahren zur lambdaregelung von ottomotoren und kraftfahrzeug

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