DE19742987B4

DE19742987B4 - Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19742987B4
Application number: DE19742987A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heinitz; Achim Przymusinski; Christian Dr. Birkner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: US6125829A; FR2769044B1; DE19742987A1; FR2769044A1

Abstract

Verfahren zum Steuern der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, bei dem abhängig von einer Lastgröße und weiteren Eingangsgrößen, insbesondere der Drehzahl der Brennkraftmaschine, ein in einem Steuergerät abgespeicherter Sollwert der Abgasrückführrate ermittelt und ein Stellsignal zum Steuern eines Abgasrückführventils von dem Sollwert der Abgasrückführrate abgeleitet wird, wobei der im Steuergerät abgespeicherte Sollwert für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine passend ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Abgasrückführrate (EGR) mit einem Korrekturwert (EGR-DIFF) zu einem korrigierten Sollwert verändert wird, wobei der Korrekturwert (EGR-Diff) bei stationären Betriebszuständen Null ist und bei instationären Betriebszuständen abhängig von der Lastgröße oder abhängig von dem Sollwert der Abgasrückführrate (EGR) in einem Korrekturelement (5) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, wird zum Verringern des NO_x-Anteils im Abgas eine Abgasrückführung eingesetzt. Aus verbrennungstechnischen Gesichtspunkten ist es notwendig, über den gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine definierte Abgasrückführraten zur Verfügung zu stellen. Die Abgasrückführrate ist abhängig von der Differenz zwischen dem Ladedruck im Ansaugkanal und dem Abgasgegendruck, sowie der Einstellung eines Abgasrückführventils, das in einer Verbindung zwischen Abgassystem und Ansaugkanal liegt.

Um eine definierte Abgasrückführrate zu gewährleisten, sind Regel- oder Steuervorrichtungen bekannt. So beschreibt DE 42 22 414 C2 eine Abgasrückführsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Steuerung der Abgasrückführung erfolgt in der Regel durch ein Steuergerät, das in Abhängigkeit von Eingangsgrößen, wie Ansaugdruck, Stellung des Fahrpedals und Motordrehzahl eine erforderliche Abgasrückführungsinformation, insbesondere die Abgasrückführrate, zum Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmt. Dies geschieht üblicherweise dadurch, daß Sollwerte in einem Kennfeld für verschiedene Eingangsgrößen abgelegt sind. Diese Sollwerte werden mit Hilfe statischer Prüfstanduntersuchungen ermittelt. Das Kennfeld gilt für stationäre Betriebsphasen der Brennkraftmaschine.

Aus der Druckschrift DE 196 31 112 A1 ist eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor offenbart, die so beschaffen ist, dass bei Erfassung einer Veränderung der Betriebsbedin gungen des Motors oder bei einer Beschleunigung eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzzeitpunktsteuerung vorhergesagt wird. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem vorhergesagten Sollkrafteinspritzzeitpunkt wird eine EGR-Menge korrigiert. Dabei ist der Korrekturwert der Abgasrückführrate von einer Differenz zwischen zwei Einspritzzeitpunkten abhängig.

Aus der Druckschrift DE 195 02 368 A1 ist ein Verfahren zur Bildung eines Signals bezüglich der bei einer Brennkraftmaschine rückgeführten Abgasmenge offenbart. Das Signal für die rückgeführte Abgasmenge wird ausgehend von einem Signal für den der Brennkraftmaschine zugeführten Frischgasstrom und einem Signal für den der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführten Gasstrom gebildet. Das Signal für den insgesamt zugeführten Gasstrom wird aus einer Reihe von Betriebskenngrößen gebildet. Zu diesen Betriebskenngrößen gehört unter anderem der Druck im Ansaugtrakt, der entweder mittels eines Sensors erfasst werden kann oder aus Ersatzsignalen gebildet werden kann.

Für instationäre Betriebszustände, d.h. für Übergänge von einem stationären Betriebszustand in einen anderen arbeitet eine Kennfeldvorgabe von Sollgrößen nicht immer zufriedenstel lend, insbesondere hinsichtlich des Abgasverhaltens und des Brennstoffverbrauchs. Bei schnellem Lastwechsel, z.B. Anfahren, steigt der Sollwert an, da hierbei Punkte des Kennfeldes durchfahren werden, in denen unter stationären Bedingungen eine höhere Abgasrückführrate erwünscht ist. Beim Anfahren oder Beschleunigen kommt es aber aufgrund des starken Anstieges der Kraftstoffmasse zu Luftmangelerscheinungen, da der stationär vorhandene Druck im Ansaugsystem in dieser instationären Betriebsphase nicht oder noch nicht zur Verfügung steht. Bei Dieselmotoren hat das eine vermehrte Rußentwicklung zur Folge. Eine zusätzlich erhöhte Abgasrückführrate verringert den Sauerstoffgehalt der zugeführten Luft und verschärft somit das Problem. Deshalb wird bisher die Regelung der EGR-Rate im Leerlauf bzw. beim Beschleunigen ausgeschaltet. Die Festlegung der Ein- und Ausschaltbedingungen für die Regelung ist schwierig.

Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine anzugeben, das auch für instationäre Betriebsphasen geeignet ist.

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß werden die einem Kennfeld entnommenen Sollwerte der Abgasrückführrate für stationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine durch den Ausgangswert des Korrekturelementes korrigiert. Durch geeignete Auswahl des Korrekturelementes und geeignete Einstellung seiner Zeitkonstante, wird das erforderliche Korrekturverhalten und damit bessere Leistungsdaten der Brennkraftmaschine erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Abgasrückführung;
2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Größen, nämlich
2a die eingespritzte Kraftstoffmasse M,
2b die Drehzahl N,
2c den Korrekturwert EGR-DIFF und
2d die Abgasrückführrate EGR bzw. EGR-COR;
3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
4 eine schematische Darstellung einer Abgasrückführung.
4 dient zur Erläuterung einer Abgasrückführung für eine Brennkraftmaschine 1. Ein Teil des Abgases, das die Brennkraftmaschine 1 in Pfeilrichtung 5 verläßt, wird der Auspuffleitung 4 entnommen und über eine Rückführleitung, in der ein Abgasrückführventil 6 sitzt, das vom Steuergerät 7 angesteuert wird, dem in Pfeilrichtung 3 strömenden Kraftstoff-Luftgemisch im Ansaugkanal 2 zurückgeführt. Da die zurückgeführten Abgasbestandteile an der Verbrennung nicht mehr teilnehmen können, wird die Verbrennungstemperatur herabgesetzt und entstehen weniger Stickoxide.
In 1 wird eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Lastgröße wird durch das Signal P eines Gebers 1 am Fahrpedal ausgedrückt und einem Kennfeld 2 zugeführt, das daraus die einzuspritzende Kraftstoffmasse M bestimmt. Die Lastgröße kann auch die Kraftstoffmasse M, das Drehmoment der Brennkraftmaschine, der Luftmassenstrom oder der Saugrohrdruck sein. Die Kraftstoffmasse M wird einem Kennfeld 3 zugeführt. Diesem Kennfeld 3 wird darüber hinaus noch der Istwert der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 4 als weitere Eingangsgröße zugeführt. Aus den Werten N und M bestimmt das Kennfeld 3 den Sollwert für die Abgasrückführrate EGR. Die im Kennfeld 3 abgelegten Sollwerte der Abgasrückführraten EGR wurden unter stationären Bedingungen bestimmt und gelten somit für stationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine 4. Von dem Sollwert EGR wird ein Stellsignal zum Ansteuern des Abgasrückführventils 6 in 4 abgeleitet.
Für instationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine, d.h. für Änderungen der Lastgröße oder Drehzahl, sind die im Kennfeld 3 abgespeicherten Sollwerte EGR hinsichtlich Kriterien wie Laufruhe, Kraftstoffverbrauch oder Abgasverhalten nicht optimal.
Um für instationäre Betriebszustände passende Abgasrückführraten zu erhalten, ist erfindungsgemäß ein Korrekturelement 5 vorgesehen. Dieses Korrekturelement 5 erhält als Eingangsgröße das Signal P des Gebers 1, also die Lastgröße. Das Korrekturelement 5 führt eine mathematische Operation ausgehend von der Lastgröße aus. Diese mathematische Operation kann z.B. eine verzögerte Differentiation (DT1-Glied) sein. Das Korrekturelement 5 bestimmt einen Korrekturwert EGR-DIFF. Daraus werden zusammen mit dem von Kennfeld 3 ausgegebenen Sollwert der Abgasrückführrate EGR für den stationären Zustand der Brennkraftmaschine 4 in einer Addierstufe 6 korrigierte Abgasrückführraten EGR-COR gebildet, die im instationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine 4, insbesondere Laufruhe, Kraftstoffverbrauch oder Abgasverhalten verbessern.
In 2 ist der zeitliche Verlauf verschiedener Größen für ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt. Auf der X-Achse ist die Zeit, auf der Y-Achse sind die entsprechenden Größen aufgetragen, nämlich in 2a die Kraftstoffmasse M, in 2b die Drehzahl N, in 2c der Korrekturwert EGR-DIFF und in 2d die Abgasrückführrate EGR bzw. EGR-COR. Zum Zeitpunkt t₁ wünscht der Fahrer die Drehzahl zu erhöhen. Die dem Fahrerwunsch entsprechende Lastgröße steigt sprungartig auf einen höheren Wert und damit auch die vom Kennfeld 2 bestimmte Kraftstoffmasse M. Bis zu diesem Zeitpunkt erfolgte die Abgasrückführung der Brennkraftmaschine mit der Abgasrückführrate EGR. Die vom Korrekturelement 5 gelieferte Korrekturwert EGR-DIFF war Null, da die Lastgröße konstant war und somit ein stationärer Betriebszustand vorlag. Mit der sprunghaften Änderung der Lastgröße tritt ein instationärer Betriebszustand ein. Die im stationären Zustand optimale Abgasrückführrate EGR wird mit dem vom Korrekturelement 5 gelieferten Wert EGR-DIFF korrigiert, so daß sich die korrigierte Abgasrückführrate EGR-COR ergibt, die für den instationären Betriebszustand gilt. Das Verhalten des Korrekturelements, und damit der Verlauf des Korrekturwertes EGR-DIF, kann durch geeignete Wahl des Korrekturelements 5 bestimmt werden. Das Korrekturelement weist ein Übertragungsglied mit einem Differenzier-Anteil mit entsprechenden Zeitkonstanten auf.
Als Übertragungsglieder kommen in Frage:
DT1 Differentialglied mit einer Zeitkonstante;
DT2 Differentialglied mit zwei Zeitkonstanten;
PDT1 Proportionaldifferentialglied mit einer Zeitkonstante;
PDT2 Proportionaldifferentialglied mit zwei Zeitkonstanten;
sowie Abwandlungen davon, insbesondere solche, die asymmetrisch sind, d.h. nur auf positive oder negative Änderung der Eingangsgröße reagieren.
Das differenzierende Verhalten eines Übertragungsgliedes ist dadurch gekennzeichnet, daß sein Ausgangssignal nach Abklingen aller Übergangsvorgänge der zeitlichen Ableitung des Eingangssignals proportional ist. P-Verhalten (proportionales Verhalten) hat ein Übertragungsglied, bei dem im Beharrungs zustand die Ausgangsgröße linear von der Eingangsgröße abhängt. Die beschriebenen PDT- und DT-Übertragungsglieder weisen darüber hinaus noch eine oder zwei Zeitkonstanten auf, über die das Zeitverhalten, mit dem das Übertragungsglied auf eine Änderung der Eingangsgröße reagiert, eingestellt werden kann. Je nach Einstellung dieses Zeitverhaltens dauert es unterschiedlich lange nach dem Sprung von einer Eingangsgröße auf einen neuen konstanten Wert, bis der Korrekturwert EGR-DIFF wieder zu Null geworden ist und die korrigierte Abgasrückführrate EGR-COR dem vom Kennfeld 3 gelieferten Sollwert EGR für den stationären Betriebszustand entspricht. Nach dem Zeitpunkt t₂ ist wieder ein stationärer Betriebszustand erreicht, die Drehzahl N ist angestiegen und bleibt konstant. Der Korrekturwert EGR-COR ist auf Null zurückgegangen und die Brennkraftmaschine wird mit der für diesen stationären Betriebszustand vorgegebenen Abgasrückführrate EGR betrieben.
3 stellt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine 4 dar. Die mit den Bezugszeichen 1, 2, 3, 4 und 5 bezeichneten Elemente entsprechen denen in 1. Analog zum in 1 dargestellten Vorgehen, wird ein Sollwert der Abgasrückführrate EGR aus dem Kennfeld 3 ermittelt, der für stationäre Betriebszustände der Brennkraftmaschine 4 optimal ist. Zum Anpassen an instationäre Betriebszustände wird von dem Korrekturelement 5 ein Korrekturwert EGR-DIFF für die Abgasrückführung bestimmt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 wird als Eingangsgröße des Korrekturelements 5 jedoch nicht die Lastgröße verwendet, sondern der für den stationären Zustand ermittelte Sollwert der Abgasrückführrate EGR.

Claims

Verfahren zum Steuern der Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, bei dem abhängig von einer Lastgröße und weiteren Eingangsgrößen, insbesondere der Drehzahl der Brennkraftmaschine, ein in einem Steuergerät abgespeicherter Sollwert der Abgasrückführrate ermittelt und ein Stellsignal zum Steuern eines Abgasrückführventils von dem Sollwert der Abgasrückführrate abgeleitet wird, wobei der im Steuergerät abgespeicherte Sollwert für den stationären Betrieb der Brennkraftmaschine passend ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Abgasrückführrate (EGR) mit einem Korrekturwert (EGR-DIFF) zu einem korrigierten Sollwert verändert wird, wobei der Korrekturwert (EGR-Diff) bei stationären Betriebszuständen Null ist und bei instationären Betriebszuständen abhängig von der Lastgröße oder abhängig von dem Sollwert der Abgasrückführrate (EGR) in einem Korrekturelement (5) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturelement (5) ein Übertragungsglied mit einem Differenzier-Anteil verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Korrekturelement (5) als Lastgröße das Signal eines Gebers (1) am Fahrpedal zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Korrekturelement (5) als Lastgröße die einzuspritzende Kraftstoffmasse (M) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (EGR-DIFF) und der Sollwert der Abgasrückführrate (EGR) additiv zusammengeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein DT1-Glied ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein DT2-Glied ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein PDT1-Glied ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein PDT2-Glied ist.