WO2004016929A1 - Method, computer program, and control device and/or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine - Google Patents

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WO2004016929A1
WO2004016929A1 PCT/DE2003/002098 DE0302098W WO2004016929A1 WO 2004016929 A1 WO2004016929 A1 WO 2004016929A1 DE 0302098 W DE0302098 W DE 0302098W WO 2004016929 A1 WO2004016929 A1 WO 2004016929A1
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WO
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lambda value
internal combustion
combustion engine
target
combustion chamber
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PCT/DE2003/002098
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Andreas Michalske
Ralf Kienzle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine with a catalyst, in particular with direct fuel injection, in which, depending on specific operating conditions of the internal combustion engine, a switch is made from a first to a second operating mode and vice versa, the operating modes being determined at least by a predetermined lambda value of the fuel - Differentiate air mixtures in the combustion chamber.
  • Such a method is known from the market. It is used in internal combustion engines with gasoline direct injection.
  • a NOx storage catalytic converter is used to reduce pollutant emissions.
  • the internal combustion engine normally works in an operating mode in which the fuel-air mixture present in the combustion chamber is lean. The nitrogen oxides generated in this operating mode are absorbed by the NOx storage catalytic converter and temporarily stored. The NOx storage catalytic converter is therefore loaded with the nitrogen oxides. Before the NOx storage catalytic converter is completely loaded with the nitrogen oxides, the first lean operating mode is converted into a second operating mode
  • the object of the invention is to develop a method of the type mentioned in such a way that the fuel-air mixture can be set with the highest possible precision in all operating conditions and operating modes, without causing undesired deviations of the actual torque from that of the user desired torque comes.
  • this object is achieved in that, from a desired torque and the predetermined lambda value, a target air mass to be supplied to the combustion chamber and below
  • a target fuel quantity to be supplied to the combustion chamber is determined such that compliance with the desired torque has priority over compliance with the predetermined lambda value, and that the target lambda value is compared with an actual lambda value to determine the target fuel quantity and a correction fuel quantity is determined from this.
  • the target lambda value is set accordingly. It may well be, for example, under transient conditions that the target lambda value deviates from the predetermined lambda value. Beyond that however, it also ensures that the target fuel quantity can be set with very high precision, since the target lambda value is continuously compared with the actual lambda value and the target fuel quantity is corrected accordingly.
  • lambda control is already known, but it is surprising in the present invention that the input variable for lambda control is not simply the difference between the actual lambda value and the predetermined lambda value, but rather the actual lambda value and modified target lambda value. Only in this way is it possible, on the one hand, to set the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine with high precision, but, on the other hand, to avoid torque jumps, for example, if the air mass actually supplied to the combustion chamber deviates from the target air mass.
  • the fuel quantity to be injected per work cycle is divided into a plurality of individual quantities and the individual quantities by a plurality of corresponding individual injections the combustion chamber.
  • the formation of the mixture, the combustion noise and the emission behavior can be improved by such individual injections.
  • the target lambda value is limited downwards by a minimum value.
  • the inertia in the setting of the amount of air to be supplied to the combustion chamber can lead to a brief, unwanted enrichment of the fuel / air mixture. If the lambda value is too low, however, this leads to an undesirably high soot emission. Furthermore, the combustion can become unstable with such a rich fuel-air mixture. The downward limitation of the lambda value counteracts this.
  • the target lambda value be set equal to the predetermined lambda value when certain operating conditions exist.
  • the target lambda value is usually determined on the basis of the amount of air actually supplied to the combustion chamber. However, as long as the deviations of the actually supplied air volume from the target air volume and the corresponding ones
  • the operating conditions in which the target lambda value is set equal to the predefined lambda value lie then, if the target lambda value limited by a minimum value and the predetermined lambda value are each at most equal to one. Under these conditions it can be assumed that the torque fluctuations are so small that the assumption of stationary conditions is justified. In this way, a stationary accuracy and good driving behavior required for the regeneration of the catalytic converter can be combined with one another.
  • the present invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is executed on a computer. It is preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • the invention relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine.
  • a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
  • An internal combustion engine is also the subject of the present invention. It includes a combustion chamber, a fuel injection device, a device for adjusting the air mass entering the combustion chamber, an air mass sensor in the intake area, a NOx storage catalytic converter, and a control or regulating device that controls the internal combustion engine so that fuel is in enters a combustion chamber in a first operating mode and in a second operating mode, a predetermined lambda value in the second operating mode being different from that in the first operating mode.
  • it is advantageous if it comprises a control and / or regulating device of the above type.
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a
  • FIG. 3 shows a diagram with two curves which link a target fuel mass with a target air mass with a constant torque in each case
  • Figure 4 is a diagram with two curves, which one
  • FIG. 5 shows a diagram in which an actual and a target air aces are shown over time
  • FIG. 6 shows a diagram in which a lambda value with constant torque and a predetermined lambda value are shown over time
  • FIG. 7 shows a diagram in which a basic fuel mass to be injected is shown over time with different target lambda values
  • FIG. 8 shows a diagram in which a torque is shown over time with different target lambda values
  • FIG. 9 shows a schematic block diagram similar to that of FIG. 2 of a second exemplary embodiment of a method for operating the internal combustion engine of FIG. 1;
  • Figure 10 is a schematic block diagram of a
  • FIG. 11 shows a schematic block diagram similar to FIG. 10 of an alternative embodiment of the detailing.
  • An internal combustion engine bears the overall reference number 10 in FIG. 1. It comprises several cylinders, of which only one is shown in FIG. Overall, it bears the reference number 12.
  • the cylinder 12 comprises a combustion chamber 14, to which combustion air is supplied via an inlet valve 16 and an intake pipe 18.
  • a throttle valve 20 and an air mass meter 22 are arranged in the intake pipe 18. The latter is also referred to as an “HFM sensor”.
  • the hot combustion exhaust gases pass from the combustion chamber 14 into an exhaust pipe 26 via an exhaust valve 24 there is a catalytic converter 28 with two lambda probes, which are only shown schematically and are designated overall by reference numeral 30.
  • One of the lambda sensors 30 is arranged in front of the catalytic converter 28 and the other behind the catalytic converter 28. Downstream from the catalyst 28, a combined NOx-02 sensor can also be used.
  • Fuel is fed directly to the combustion chamber 14 via an injection valve 32, which is connected to a fuel system 34.
  • a system 36 controls an annealing device 38.
  • a piston, not shown, of the cylinder 12 works on a crankshaft 40, the speed of which is picked up by a speed sensor 42.
  • the operation of the internal combustion engine 10 is controlled or regulated by a control and regulating device 44.
  • the throttle valve 20, the system 36 with the glow device 38 and the injection valve 32 are controlled by the control and regulating device 44.
  • the control and regulating device 44 receives signals from the HFM sensor 22, the lambda probes 30 and the speed sensor 42.
  • the present internal combustion engine 10 is a diesel internal combustion engine (in principle, however, the method described below can also be applied to a gasoline internal combustion engine).
  • the internal combustion engine 10 also includes an exhaust gas recirculation valve 46, with which exhaust gases from the exhaust pipe 26 can be directed into the intake pipe 18 downstream of the throttle valve 20.
  • a heat exchanger 48 serves to cool the recirculated exhaust gases.
  • the amount of the recirculated exhaust gas can be adjusted with the exhaust gas recirculation valve 46.
  • the air mass entering the combustion chamber 14 is often primarily influenced by such an exhaust gas recirculation valve 46.
  • a Exhaust gas turbocharger may be present. This in turn can have a variable turbine geometry.
  • the exhaust gas recirculation valve 46 is also controlled by the control and regulating device 44.
  • a throttle valve is not available as standard in a diesel internal combustion engine; however, as in the present exemplary embodiment, it must also be provided if a NOx storage catalytic converter 28 is used.
  • An operating mode "bold”, which is described in detail below, requires high
  • the catalytic converter 28 is a NOx storage catalytic converter. Usually it works
  • the internal combustion engine 10 Before the NOx storage catalytic converter 28 is completely loaded with the nitrogen oxides, the internal combustion engine 10 is switched to an operating mode “rich”. In this “rich” operating mode, there is an excess fuel in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10 (lambda ⁇ 1). The corresponding exhaust gas now contains unburned hydrocarbons, as well as carbon monoxide and hydrogen, which reach the NOx storage catalytic converter 28 via the exhaust pipe 26. The nitrogen oxides stored there react with the hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen and can now be released into the atmosphere as nitrogen, carbon dioxide and water. The rich operating mode of the internal combustion engine 10 is maintained until the NOx storage catalytic converter 28 is again completely discharged from the nitrogen oxides. This discharge of nitrogen oxides is also called
  • a method for operating the internal combustion engine of FIG. 1 will now be explained in detail with reference to FIGS. 2 to 8.
  • This method is stored in the form of a computer program on a memory of the control and regulating device 44.
  • the two input variables for the control of the internal combustion engine 10 are those of the user of the
  • the predetermined lambda value Lreg has a value that corresponds to a lean fuel / air mixture in the
  • Combustion chamber 14 of internal combustion engine 10 corresponds.
  • the internal combustion engine 10 turns into a rich one from time to time
  • the operating mode is switched, in which the predetermined lambda value Lreg assumes a value which corresponds to a rather rich fuel-air mixture in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10.
  • the two input variables target torque MDset and predefined lambda value Lreg are fed into a control block 50. This is not further detailed in FIG. 2 (a detailed explanation can be found below in connection with FIGS. 10 and 11).
  • a target air mass ML target and a target lambda value L target are determined. From these, the control signals UDK for the throttle valve 20, UAV for the exhaust gas recirculation valve 46, and UME for the injection valve 32 are ultimately determined.
  • the target lambda value Lsoll is converted using the stochiometric constants in block 54 and the result in division block 56 is used for the division of the actual air mass MLact.
  • the result is a base fuel mass MEbas to be injected.
  • 58 the difference between the target lambda value Lsoll and an actual lambda value list, which is detected by the lambda probes 30 of the catalytic converter 28, is formed.
  • the difference is fed into a lambda controller 60, which outputs a correction fuel mass MEkorr to be injected.
  • This is added in 62 to the base fuel mass MEbas to be injected, which results in a target fuel mass MEsoll to be injected.
  • This is fed into a metering block 64 which outputs a corresponding control signal UME with which the injection valve 32 of the cylinder 12 is controlled.
  • Catalyst 28 required rich lambda value Lfett and is constant.
  • a so-called "positive air mass error” is assumed. This is understood to mean that the air mass MLact actually supplied to the combustion chamber 14 briefly exceeds the target air mass MLsoll (cf. FIG. 5).
  • the torque would increase from a value MD1 to a value MD2 (see arrows 64 in FIGS Figures 3 and 4).
  • the lambda controller 60 were to use the difference between the actual lambda value list and the target lambda value Lsoll as the input variable, but instead the difference between the actual lambda value list and the predefined lambda value Lreg (this would correspond to a regulation to the regeneration value Lfett) to a proportional increase in injection mass and the actual torque would increase even further (dashed arrows 66 in Figures 3 and 4).
  • a positive air mass error would - without appropriate countermeasures - lead to an increase in the torque that is not desired and clearly noticeable by the user of the internal combustion engine 10.
  • the control lambda value Lsoll is formed in the control block 50 in such a way that the maintenance of the torque MDsoll desired by the user has priority over the maintenance of the predetermined lambda value Lreg. Furthermore, it is not the predetermined lambda value Lreg that is used for the formation of the input variable of the lambda controller 60, but rather the target lambda value Lsoll.
  • the target lambda value Lsoll in FIG. 3 is increased to a lambda value L2 and the torque is corrected again as quickly as possible to the value MD1 originally desired by the user.
  • the set lambda value L setpoint is then reduced again while the air mass ML is being set.
  • FIGS. 5 to 8 show the courses of different operating variables of the internal combustion engine 10 in the case of the positive air mass error.
  • FIG. 5 shows the air mass MList actually supplied to the combustion chamber 14 (solid line) and the target air mass MLsoll (dashed line). It can be seen that a brief disturbance of the air mass begins at time zero, through which more air is supplied to the combustion chamber 14 than is actually required.
  • the predetermined lambda value Lreg is plotted in dashed lines in FIG. This does not change due to the positive air mass error.
  • a lambda value LMD is plotted with a solid line, which corresponds to the lambda value at which the torque of the internal combustion engine corresponds to the desired torque MDset. This lambda value is therefore significantly increased compared to the specified lambda value.
  • the basic fuel mass MEbas to be injected is plotted in FIG. 7, with a solid line for the case that the target lambda value Lsoll is equal to the lambda value LMD of FIG. 6 and dashed for the case that the target lambda value Lsoll is equal to that predefined lambda value Lreg.
  • the target lambda value Lsoll is set equal to the lambda value LMD, which applies to a constant torque
  • the basic fuel quantity MEbas to be injected decreases in spite of the additional air quantity MLact supplied to the combustion chamber 14.
  • this leads to the constant torque curve MD shown with a solid line.
  • the target lambda value Lsetpoint would be set equal to the predetermined lambda value Lreg (dashed line in Figure 7)
  • FIG. 9 shows a variant of the process sequence shown in FIG. 2 (in FIG. 9, those blocks which have functions equivalent to the blocks of FIG. 2 have the same reference numerals; they are not explained again in detail).
  • Control block 50 outputs a base fuel mass MEbas to be injected instead of a target lambda value. This is then processed in 54 with the stoichiometric constant and used in the division block 56 as a divisor for the division of the actual air mass MList detected by the air mass meter 22. The result is then the target lambda value Lsoll, from which the actual lambda value list is subtracted in 58. This result is then fed back into the lambda controller 60, which generates a correction fuel mass MEkorr to be injected, which is added in 62 to the basic fuel mass MEbas to be injected, which as a result supplies the fuel mass MEsoll to be injected.
  • FIG. 10 shows a detail of the provision of the setpoint value for the air volume MLsoll to be fed to the combustion chamber 14 and the fuel mass MEsoll to be fed to the combustion chamber 14 of the method shown in FIG. 2:
  • the method assumes that the internal combustion engine 10 is operated “air-guided”. This means that the throttle valve 20 and the exhaust gas recirculation valve 46 from the control and regulating device 44 should be set according to the torque MD desired by the user.
  • the HFM sensor 22 determines the actual air mass MList entering the combustion chamber 14 through the intake pipe 18. Depending on this actual air mass MList, the injection valve 32 is activated in such a way that a fuel quantity MEsoll corresponding to the torque MDsoll and, in stationary operation, a fuel quantity MEsoll corresponding to the predetermined mixture composition Lreg reaches the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10. Further details are described in DE 100 30 936, the teaching of which is hereby expressly incorporated.
  • the starting point in the method shown in FIG. 10 is an air mass MLmean and the above-mentioned air mass MList.
  • the air mass MLmager is predetermined by the control and regulating device 44 and corresponds to the air mass desired at the current speed (speed sensor 42) and the current torque in the “lean” operating mode of the internal combustion engine 10.
  • the size MLmager is generated to a considerable extent by a control system for this exhaust gas recirculation.
  • the size MList is the air mass actually detected by the HFM sensor 22 entering the combustion chamber 14 via the intake pipe 18 and the inlet valve 16 (in principle, it is possible for the signal of the HFM sensor 22 to be corrected by means of further measured variables ).
  • An air mass ratio ⁇ reg is determined via the specified lambda value Lreg.
  • the determination is carried out in a characteristic block 68. With the aid of this block, that air mass ratio can be given for each predetermined lambda value Lreg ⁇ reg can be specified at which the torque MD remains constant.
  • the characteristic curve block 68 processes various operating variables of the internal combustion engine 10. In the present case, these include the speed n of the crankshaft 40 and the fuel mass MEmager to be injected in the “lean” operating mode.
  • the air mass ratio ⁇ reg is multiplied by the air mass MLmager, which results in a target air mass MLset.
  • the throttle valve 20 and the exhaust gas recirculation valve 46 are actuated by the control and regulating device 44.
  • the actual air mass MList detected by the HFM sensor 22 is divided by the air mass MLmean desired in the “lean” operating mode, which results in an actual air mass ratio ⁇ act.
  • This is fed into a characteristic curve block 74, with which the lambda value Lset is determined from the air mass ratio ⁇ actual, at which the torque of the internal combustion engine 10 remains unchanged.
  • the function of the characteristic curve block 74 also depends on the speed n and the fuel mass MEmager to be injected into the combustion chamber 14 in the “lean” operating mode.
  • the further processing of the target lambda value Lsoll corresponds to that as shown in FIG.
  • the use of the lambda controller 60 enables a very precise setting of the fuel mass to be injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10
  • ME should ensure without undesirable torque deviations in the event of a fault (positive air mass error).
  • FIG. 11 shows a modification of that in FIG. 10 method shown.
  • function blocks whose functions are equivalent to the corresponding blocks in FIG. 10, have the same reference symbols. They are not explained in detail again.
  • the setpoint Lsetpoint is limited downwards by a minimum value Lmin. This takes place as follows: The lambda value generated in the characteristic curve block 74 (this applies to a torque corresponding to the torque desired by the user
  • Torque MD and is therefore referred to as LMD
  • LMD Torque MD and is therefore referred to as LMD
  • LMD is fed into a comparison block 76.
  • the lambda value LMD is compared with the predetermined and constant minimum value Lmin.
  • Block 76 passes on the larger of the two values LMD and Lmin as a limited lambda value Lbg. This is fed into a switch 78 which, in its rest position, passes on the lambda value Lbg as the desired lambda value Lsoll for the blocks 54 and 58.
  • a switch 78 which, in its rest position, passes on the lambda value Lbg as the desired lambda value Lsoll for the blocks 54 and 58.
  • the operating state of the internal combustion engine 10 in which the limited lambda value Lbg and the predefined lambda value Lreg each have a value of at most 1, brings the switch 78 into its switched position, in which instead the predefined lambda value Lreg is passed on as the desired lambda value Lsetpoint.
  • the value of the target lambda value Lsoll is limited to the predetermined minimum value Lmin. This means that the target lambda value Lsoll cannot assume a smaller value than Lmin in any operating state. This is based on the following idea.
  • the air mass ratio ⁇ act which corresponds to the quotient MList / MLmager, can decrease because the actual air mass MList decreases or because the air mass MLmager increases. A sudden increase in the torque desired by the user of the internal combustion engine 10 results in a very rapid increase in the air mass MLmean, whereas the actual air mass MList changes only slowly due to the inertia of the air mass system of the internal combustion engine 10.
  • the quotient ⁇ act can temporarily assume very small values, which leads to a comparatively very rich mixture in the characteristic curve block 74, that is to say a very small lambda value LMD. If this low lambda value were passed on as a setpoint, this could lead to problems with the soot emission and to combustion instability. This is prevented by limiting the lambda value Lsoll by means of the minimum value Lmin in block 76.
  • the air mass ratio ⁇ act decreases, for example because the actual air mass MLact decreases, this means that the mixture must be enriched if the desired torque of the user remains unchanged.
  • This can be deliberate (for example, if the specified lambda value Lreg is changed in order to carry out a catalyst regeneration) or undesired (negative air mass error). The same desired reaction takes place in both cases. Additional function blocks are not required in this case of a decrease in the air mass ratio ⁇ ist.
  • Characteristic curve could be used, which kinks when the minimum lambda value Lmin is reached and runs parallel to the ordinate.
  • the switchover in block 78 is based on the following Thoughts: As long as the changes in the torque of the internal combustion engine 10 caused by the mixture setting remain so small that the user of the internal combustion engine 10 does not feel them, it is not necessary for the target lambda value Lsoll to follow every change in the actual air mass MLact. Under certain stationarity conditions, it is therefore permissible and advantageous to switch the target lambda value to the predetermined lambda value Lreg. This calms the course of the target lambda value Lsoll.

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Abstract

Disclosed is a method for operating an internal combustion engine comprising a catalytic converter, in which the internal combustion engine is switched from a first mode of operation into a second mode of operation and vice versa according to specific operating conditions thereof. The modes of operation differ by a predefined lambda value (Lreg) of the fuel-air mixture in the combustion chamber. In order to ensure that the fuel-air mixture can be adjusted with high accuracy while preventing undesired stepwise torque changes during disturbances, a setpoint air mass (MDsoll) that is to be fed to the combustion chamber is determined from a desired torque (MDsoll) and the predefined lambda value (Lreg), and a setpoint fuel quantity (MEsoll) that is to be fed to the combustion chamber is determined by taking into account a setpoint lambda value (Lsoll) such that respecting the desired torque (MDsoll) has priority over respecting the predefined lambda value (Lreg). In order to determine the setpoint fuel quantity (MEsoll), the setpoint lambda value (Lsoll) is compared with an actual lambda value (List), wherefrom a correcting fuel quantity (MEkorr) is determined.

Description

Verfahren, Computerprogramm und Steuer- und/oder Regelqerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie BrennkraftmaschineMethod, computer program and control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine
Stand der TechniState of the art
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Katalysator, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, bei dem abhängig von bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine von einer ersten in eine zweite Betriebsart und umgekehrt gewechselt wird, wobei sich die Betriebsarten mindestens durch einen vorgegebenen Lambdawert des Kraftstoff- Luftgemisches im Brennraum unterscheiden.The invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine with a catalyst, in particular with direct fuel injection, in which, depending on specific operating conditions of the internal combustion engine, a switch is made from a first to a second operating mode and vice versa, the operating modes being determined at least by a predetermined lambda value of the fuel - Differentiate air mixtures in the combustion chamber.
Ein derartiges Verfahren ist vom Markt her bekannt. Es wird bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung eingesetzt. Bei derartigen Brennkraftmaschinen wird ein NOx-Speicherkatalysator zur Reduktion der Schadstoffemissionen eingesetzt. Normalerweise arbeitet die Brennkraftmaschine in einer Betriebsart, in der das im Brennraum vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch mager ist. Die in dieser Betriebsart entstehenden Stickoxide werden von dem NOx-Speicherkatalysator aufgenommen und zwischengespeichert. Der NOx-Speicherkatalysator wird also mit den Stickoxiden beladen. Bevor der NOx-Speicherkatalysator vollständig mit den Stickoxiden beladen ist, wird von der ersten mageren Betriebsart in eine zweite Betriebsart derSuch a method is known from the market. It is used in internal combustion engines with gasoline direct injection. In internal combustion engines of this type, a NOx storage catalytic converter is used to reduce pollutant emissions. The internal combustion engine normally works in an operating mode in which the fuel-air mixture present in the combustion chamber is lean. The nitrogen oxides generated in this operating mode are absorbed by the NOx storage catalytic converter and temporarily stored. The NOx storage catalytic converter is therefore loaded with the nitrogen oxides. Before the NOx storage catalytic converter is completely loaded with the nitrogen oxides, the first lean operating mode is converted into a second operating mode
Brennkraftmaschine umgeschaltet, in der das Kraftstoff- Luft-Gemisch im Brennraum insgesamt eher fett ist.Internal combustion engine switched, in which the fuel-air mixture in the combustion chamber is rather rich overall.
In dieser fetten Betriebsart gelangen unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu dem NOx-Speicherkatalysator. Die in ihm abgespeicherten Stickoxide reagieren dann mit den Kohlenwasserstoffen, dem Kohlenmonoxid und dem Wasserstoff und können unter anderem als molekularer Stickstoff sowie Kohlendioxid und Wasser an die Atmosphäre abgegeben werden. Die fette Betriebsart der Brennkraftmaschine wird solange beibehalten, bis der NOx- Speicherkatalysator wieder möglichst vollständig von den Stickoxiden entladen ist. Dieses Entladen der Stickoxide wird auch als „Regenerieren" des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet.In this rich operating mode, unburned hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen reach the NOx storage catalytic converter. The nitrogen oxides stored in it then react with the hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen and can be released into the atmosphere as molecular nitrogen, carbon dioxide and water. The rich operating mode of the internal combustion engine is maintained until the NOx storage catalytic converter is again completely discharged from the nitrogen oxides. This discharge of the nitrogen oxides is also referred to as “regeneration” of the NOx storage catalytic converter.
Für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem NOx- Ξpeicherkatalysator ist es also erforderlich, von Zeit zu Zeit von der ersten „mageren" Betriebsart in die zweite „fette" Betriebsart und umgekehrt zu wechseln. Beim Wechsel von einer Betriebsart in die andere und umgekehrt darf aber keine Änderung des von der Brennkraftmaschine geleisteten Drehmoments entstehen.For the operation of the internal combustion engine with the NOx storage catalytic converter, it is therefore necessary to change from time to time from the first “lean” operating mode to the second “rich” operating mode and vice versa. When changing from one operating mode to the other and vice versa, however, the torque generated by the internal combustion engine must not change.
In der DE 100 30 936 AI wird ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen, bei dem aus den Eingangsgrößen Kraftstoffmasse im Magerbetrieb, Luftmasse im Magerbetrieb, für das Renegerieren vorteilhaftes Lambda, und tatsächliche Luftmasse eine Soll-Luftmasse und eine Soll-Kraftstoffmasse bestimmt werden. Hierzu werden in drei unterschiedlichen Verarbeitungsblöcken Lambdawerte in Wirkungsgradwerte und umgekehrt umgewandelt.DE 100 30 936 AI proposes a corresponding method in which a target air mass and a target fuel mass are determined from the input variables fuel mass in lean operation, air mass in lean operation, lambda advantageous for regeneration, and actual air mass. This will be done in three different ways Processing blocks converting lambda values into efficiency values and vice versa.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass das Kraftstoff- Luft-Gemisch in allen Betriebsbedingungen und Betriebsarten mit möglichst hoher Präzision eingestellt werden kann, ohne dass es zu ungewollten Abweichungen des tatsächlichen Drehmoments von dem vom Benutzer gewünschten Drehmoment kommt.The object of the invention is to develop a method of the type mentioned in such a way that the fuel-air mixture can be set with the highest possible precision in all operating conditions and operating modes, without causing undesired deviations of the actual torque from that of the user desired torque comes.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass aus einem gewünschten Drehmoment und dem vorgegebenen Lambdawert eine dem Brennraum zuzuführende Soll-Luftmasse und unterIn a method of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that, from a desired torque and the predetermined lambda value, a target air mass to be supplied to the combustion chamber and below
Berücksichtigung eines Soll-Lambdawerts eine dem Brennraum zuzuführende Soll-Kraftstoffmenge ermittelt wird, derart, dass die Einhaltung des gewünschten Drehmoments Priorität vor der Einhaltung des vorgegebenen Lambdawerts hat, und dass zur Ermittlung der Soll-Kraftstoffmenge der Soll- Lambdawert mit einem tatsächlichen Lambdawert verglichen und hieraus eine Korrektur-Kraftstoffmenge ermittelt wird.Taking into account a target lambda value, a target fuel quantity to be supplied to the combustion chamber is determined such that compliance with the desired torque has priority over compliance with the predetermined lambda value, and that the target lambda value is compared with an actual lambda value to determine the target fuel quantity and a correction fuel quantity is determined from this.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Dadurch, dass die Einhaltung des gewünschten Drehmoments Priorität vor der Einhaltung des vorgegebenen Lambdawerts hat, wird gewährleistet, dass es weder beim Umschalten von einer Betriebsart in die andere noch bei Abweichungen der tatsächlich dem Brennraum zugeführten Luftmasse von der Soll-Luftmasse zu ungewünschten Drehmomentschwankungen kommt. Hierzu wird der Soll-Lambdawert entsprechend eingestellt. Es kann also, beispielsweise bei instationären Bedingungen, durchaus sein, dass der Soll-Lambdawert von dem vorgegebenen Lambdawert abweicht. Darüber hinaus wird jedoch auch sichergestellt, dass die Soll-Kraftstoffmenge mit sehr hoher Präzision eingestellt werden kann, da der Soll-Lambdawert kontinuierlich mit dem tatsächlichen Lambdawert verglichen und die Soll-Kraftstoffmenge entsprechend korrigiert wird.The fact that compliance with the desired torque has priority over compliance with the specified lambda value ensures that undesired torque fluctuations do not occur when switching from one operating mode to the other or when the air mass actually supplied to the combustion chamber deviates from the target air mass. For this purpose, the target lambda value is set accordingly. It may well be, for example, under transient conditions that the target lambda value deviates from the predetermined lambda value. Beyond that however, it also ensures that the target fuel quantity can be set with very high precision, since the target lambda value is continuously compared with the actual lambda value and the target fuel quantity is corrected accordingly.
Grundsätzlich ist eine Lambdaregelung zwar schon bekannt, überraschend bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass als Eingangsgröße für die Lambdaregelung nicht einfach die Differenz aus dem tatsächlichen Lambdawert und dem vorgegebenen Lambdawert sondern aus dem tatsächlichen Lambdawert und modifizierten Soll-Lambdawert verwendet wird. Erst hierdurch ist es möglich, einerseits das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum der Brennkraftmaschine mit hoher Präzision einzustellen, andererseits jedoch beispielsweise bei einer Abweichung der tatsächlich dem Brennraum zugeführten Luftmasse von der Soll-Luftmasse Drehmomentsprünge zu vermeiden.In principle, lambda control is already known, but it is surprising in the present invention that the input variable for lambda control is not simply the difference between the actual lambda value and the predetermined lambda value, but rather the actual lambda value and modified target lambda value. Only in this way is it possible, on the one hand, to set the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine with high precision, but, on the other hand, to avoid torque jumps, for example, if the air mass actually supplied to the combustion chamber deviates from the target air mass.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Differenz aus Soll-Lambdawert und Ist-Lambdawert in einen Lambdaregler eingespeist wird, dessen Stellgröße die einzuspritzende Korrektur-Kraftstoffmenge ist, und dass diese zu einer Basis-Kraftstoffmenge addiert und so die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt wird. Dies ist einfach zu programmieren und führt zu einem guten Verfahrensergebnis.In a first development, it is proposed that the difference between the target lambda value and the actual lambda value is fed into a lambda controller, the manipulated variable of which is the correction fuel quantity to be injected, and that this is added to a basic fuel quantity and the fuel quantity to be injected is thus determined. This is easy to program and leads to a good process result.
Dabei ist es möglich, dass die pro Arbeitsspiel einzuspritzende Kraftstoffmenge in eine Mehrzahl von Einzelmengen aufgeteilt wird und die Einzelmengen durch eine Mehrzahl von entsprechenden Einzeleinspritzungen in den Brennraum eingebracht werden. Durch derartige Einzeleinspritzungen kann die Gemischbildung, das Verbrennungsgeräusch, sowie das Emissionsverhalten verbessert werden.It is possible that the fuel quantity to be injected per work cycle is divided into a plurality of individual quantities and the individual quantities by a plurality of corresponding individual injections the combustion chamber. The formation of the mixture, the combustion noise and the emission behavior can be improved by such individual injections.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Soll-Lambdawert nach unten durch einen Minimalwert begrenzt wird. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei einer plötzlichen Zunahme des vom Benutzer der Brennkraftmaschine gewünschten Drehmoments, kann es aufgrund der Trägheit der Einstellung der dem Brennraum zuzuführenden Luftmenge zu einer kurzfristigen ungewollten Anfettung des Kraftstoff- Luftgemisches kommen. Ein zu niedriger Lambdawert führt jedoch zu einer unerwünscht starken Rußemission. Ferner kann bei einem derartig fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch die Verbrennung instabil werden. Dem wirkt die erfindungsgemäße Begrenzung des Lambdawerts nach unten entgegen.It is particularly advantageous if the target lambda value is limited downwards by a minimum value. Under certain operating conditions, for example in the event of a sudden increase in the torque desired by the user of the internal combustion engine, the inertia in the setting of the amount of air to be supplied to the combustion chamber can lead to a brief, unwanted enrichment of the fuel / air mixture. If the lambda value is too low, however, this leads to an undesirably high soot emission. Furthermore, the combustion can become unstable with such a rich fuel-air mixture. The downward limitation of the lambda value counteracts this.
Vorgeschlagen wird ferner, dass der Soll-Lambdawert bei Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen gleich dem vorgegebenen Lambdawert gesetzt wird. Üblicherweise wird der Soll-Lambdawert auf der Basis der dem Brennraum tatsächlich zugeführten Luftmenge ermittelt. Solange jedoch die Abweichungen der tatsächlich zugeführten Luftmenge von der Soll-Luftmenge und die entsprechendenIt is also proposed that the target lambda value be set equal to the predetermined lambda value when certain operating conditions exist. The target lambda value is usually determined on the basis of the amount of air actually supplied to the combustion chamber. However, as long as the deviations of the actually supplied air volume from the target air volume and the corresponding ones
Drehmomentschwankungen so klein sind, dass der Fahrer sie nicht fühlt, ist es nicht erforderlich, dass der Soll- Lambdawert jeder Änderung der Ist-Luftmenge folgt. Unter gewissen Stationaritätsbedingungen ist es daher nicht nur zulässig, sondern vorteilhaft, den Soll-Lambdawert auf den vorgegebenen Lambdawert umzuschalten. Dies beruhigt insgesamt den Sollwertverlauf.Torque fluctuations are so small that the driver does not feel them, it is not necessary for the target lambda value to follow every change in the actual air volume. Under certain stationarity conditions, it is therefore not only permissible, but advantageous to switch the target lambda value to the predetermined lambda value. Overall, this calms the course of the setpoint.
Die Betriebsbedingungen, bei denen der Soll-Lambdawert gleich dem vorgegebenen Lambdawert gesetzt wird, liegen dann vor, wenn der nach unten durch einen Minimalwert begrenzte Soll-Lambdawert und der vorgegebene Lambdawert jeweils höchstens gleich eins sind. Unter diesen Bedingungen kann man davon ausgehen, dass die Drehmomentschwankungen so klein sind, dass die Annahme stationärer Verhältnisse gerechtfertigt ist. Auf diese Weise lassen sich eine für die Regeneration des Katalysators erforderliche stationäre Genauigkeit und gutes Fahrverhalten miteinander kombinieren.The operating conditions in which the target lambda value is set equal to the predefined lambda value lie then, if the target lambda value limited by a minimum value and the predetermined lambda value are each at most equal to one. Under these conditions it can be assumed that the torque fluctuations are so small that the assumption of stationary conditions is justified. In this way, a stationary accuracy and good driving behavior required for the regeneration of the catalytic converter can be combined with one another.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory abgespeichert ist.The present invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is executed on a computer. It is preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei diesem wird vorgeschlagen, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist .Furthermore, the invention relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine. This suggests that it comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
Auch eine Brennkraftmaschine ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie umfasst einen Brennraum, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, eine Einrichtung zur Einstellung der in den Brennraum gelangenden Luftmasse, einen Luftmassensensor im Ansaugbereich, einen NOx- Speicherkatalysator, und ein Steuer- oder Regelgerät, welches die Brennkraftmaschine so steuert bzw. regelt, dass Kraftstoff in einer ersten Betriebsart und in einer zweiten Betriebsart in einen Brennraum gelangt, wobei sich ein vorgegebener Lambdawert in der zweiten Betriebsart von jenem in der ersten Betriebsart unterscheidet. Bei einer solchen Brennkraftmaschine ist es vorteilhaft, wenn sie ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst .An internal combustion engine is also the subject of the present invention. It includes a combustion chamber, a fuel injection device, a device for adjusting the air mass entering the combustion chamber, an air mass sensor in the intake area, a NOx storage catalytic converter, and a control or regulating device that controls the internal combustion engine so that fuel is in enters a combustion chamber in a first operating mode and in a second operating mode, a predetermined lambda value in the second operating mode being different from that in the first operating mode. In such an internal combustion engine, it is advantageous if it comprises a control and / or regulating device of the above type.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:Particularly preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brenn r af tmaschine;Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine;
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild einesFigure 2 is a schematic block diagram of a
Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Figur 1, mit dem eine Soll-Luftmasse und eine Soll-Kraftstoffmasse bestimmt wird, und der Verwendung dieser Größen;Method for operating the internal combustion engine of FIG. 1, with which a target air mass and a target fuel mass are determined, and the use of these variables;
Figur 3 ein Diagramm mit zwei Kurven, welche eine Soll- Kraftstoffmasse mit einer Soll-Luftmasse bei jeweils konstantem Drehmoment verknüpfen;FIG. 3 shows a diagram with two curves which link a target fuel mass with a target air mass with a constant torque in each case;
Figur 4 ein Diagramm mit zwei Kurven, welche einFigure 4 is a diagram with two curves, which one
Luftmassenverhältnis mit einem Lambdawert bei jeweils konstantem Drehmoment verknüpfen;Link air mass ratio with a lambda value at constant torque;
Figur 5 ein Diagramm, in dem eine Ist- und eine Soll- Luft asse über der Zeit dargestellt sind;FIG. 5 shows a diagram in which an actual and a target air aces are shown over time;
Figur 6 ein Diagramm, in dem ein Lambdawert bei konstantem Drehmoment und ein vorgegebener Lambdawert über der Zeit dargestellt sind; Figur 7 ein Diagramm, in dem eine einzuspritzende Basis- Kraftsto fmasse über der Zeit bei unterschiedlichen Soll-Lambdawerten dargestellt ist ;FIG. 6 shows a diagram in which a lambda value with constant torque and a predetermined lambda value are shown over time; FIG. 7 shows a diagram in which a basic fuel mass to be injected is shown over time with different target lambda values;
Figur 8 ein Diagramm, in dem ein Drehmoment über der Zeit bei unterschiedlichen Soll-Lambdawerten dargestellt ist;FIG. 8 shows a diagram in which a torque is shown over time with different target lambda values;
Figur 9 ein schematisches Blockschaltbild ahnlich dem von Figur 2 eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Figur 1;FIG. 9 shows a schematic block diagram similar to that of FIG. 2 of a second exemplary embodiment of a method for operating the internal combustion engine of FIG. 1;
Figur 10 ein schematisches Blockschaltbild einerFigure 10 is a schematic block diagram of a
Detaillierung des Verfahrens von Figur 2; undDetailing the method of Figure 2; and
Figur 11 ein schematisches Blockschaltbild ahnlich Figur 10 einer alternativen Äusfuhrungsform der Detaillierung.FIG. 11 shows a schematic block diagram similar to FIG. 10 of an alternative embodiment of the detailing.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Eine Brennkraftmaschine tragt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 nur einer dargestellt ist. Er tragt insgesamt das Bezugszeichen 12. Der Zylinder 12 umfasst einen Brennraum 14, dem Verbrennungsluft über ein Einlassventil 16 und ein Ansaugrohr 18 zugeführt wird. Im Ansaugrohr 18 ist eine Drosselklappe 20 und ein Luftmassenmesser 22 angeordnet. Letzterer wird auch als „HFM-Sensor" bezeichnet .An internal combustion engine bears the overall reference number 10 in FIG. 1. It comprises several cylinders, of which only one is shown in FIG. Overall, it bears the reference number 12. The cylinder 12 comprises a combustion chamber 14, to which combustion air is supplied via an inlet valve 16 and an intake pipe 18. A throttle valve 20 and an air mass meter 22 are arranged in the intake pipe 18. The latter is also referred to as an “HFM sensor”.
Die heißen Verbrennungsabgase gelangen aus dem Brennraum 14 über ein Auslassventil 24 in ein Abgasrohr 26. In diesem ist ein Katalysator 28 mit zwei Lambdasonden angeordnet, welche nur schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet sind. Von den Lambdasonden 30 ist die eine vor dem Katalysator 28 und die andere hinter dem Katalysator 28 angeordnet. Stromabwarts vom Katalysator 28 kann auch ein kombinierter NOx-02 Sensor eingesetzt werden. Kraftstoff wird dem Brennraum 14 über ein Einspritzventil 32 direkt zugeführt, welches mit einem Kraftstoffsyste 34 verbunden ist. Eine Anlage 36 steuert eine Gluheinrichtung 38.The hot combustion exhaust gases pass from the combustion chamber 14 into an exhaust pipe 26 via an exhaust valve 24 there is a catalytic converter 28 with two lambda probes, which are only shown schematically and are designated overall by reference numeral 30. One of the lambda sensors 30 is arranged in front of the catalytic converter 28 and the other behind the catalytic converter 28. Downstream from the catalyst 28, a combined NOx-02 sensor can also be used. Fuel is fed directly to the combustion chamber 14 via an injection valve 32, which is connected to a fuel system 34. A system 36 controls an annealing device 38.
Ein nicht dargestellter Kolben des Zylinders 12 arbeitet auf eine Kurbelwelle 40, deren Drehzahl von einem Drehzahlsensor 42 abgegriffen wird. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einem Steuer- und Regelgerat 44 gesteuert bzw. geregelt. Insbesondere werden die Drosselklappe 20, die Anlage 36 mit der Gluheinrichtung 38 sowie das Einspritzventil 32 vom Steuer- und Regelgerat 44 angesteuert. Signale erhalt das Steuer- und Regelgerat 44 vom HFM-Sensor 22, den Lambdasonden 30 sowie dem Drehzahlsensor 42.A piston, not shown, of the cylinder 12 works on a crankshaft 40, the speed of which is picked up by a speed sensor 42. The operation of the internal combustion engine 10 is controlled or regulated by a control and regulating device 44. In particular, the throttle valve 20, the system 36 with the glow device 38 and the injection valve 32 are controlled by the control and regulating device 44. The control and regulating device 44 receives signals from the HFM sensor 22, the lambda probes 30 and the speed sensor 42.
Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine 10 handelt, es sich um eine Diesel-Brennkraftmaschine (grundsatzlich kann das nachfolgend beschriebene Verfahren aber auch bei einer Benzin-Brennkraftmaschine angewendet werden) . Die Brennkraftmaschine 10 umfass auch ein Abgasruckfuhrventil 46, mit dem Abgase aus dem Abgasrohr 26 in das Ansaugrohr 18 stromabwärts von der Drosselklappe 20 geleitet werden können. Ein Wärmetauscher 48 dient zur Kühlung der rückgefuhrten Abgase. Die Menge des ruckgefuhrten Abgases kann mit dem Abgasruckfuhrventil 46 eingestellt werden. Gerade bei einer Diesel-Brennkraftmaschine wird die in den Brennraum 14 gelangende Lufrmasse oft vorrangig mit einem solchen Abgasruckfuhrventil 46 beeinflusst. Auch ein Abgasturbolader kann vorhanden sein. Dieser wiederum kann eine variable Turbinengeometrie aufweisen.The present internal combustion engine 10 is a diesel internal combustion engine (in principle, however, the method described below can also be applied to a gasoline internal combustion engine). The internal combustion engine 10 also includes an exhaust gas recirculation valve 46, with which exhaust gases from the exhaust pipe 26 can be directed into the intake pipe 18 downstream of the throttle valve 20. A heat exchanger 48 serves to cool the recirculated exhaust gases. The amount of the recirculated exhaust gas can be adjusted with the exhaust gas recirculation valve 46. In the case of a diesel internal combustion engine in particular, the air mass entering the combustion chamber 14 is often primarily influenced by such an exhaust gas recirculation valve 46. Also a Exhaust gas turbocharger may be present. This in turn can have a variable turbine geometry.
Das Abgasruckfuhrventil 46 wird ebenfalls vom Steuer- und Regelgerät 44 angesteuert. Eine Drosselklappe ist bei einer Diesel-Brennkraftmaschine standardmäßig nicht vorhanden; sie ist jedoch, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, zusätzlich vorzusehen, wenn ein NOx-Speicherkatalysator 28 zum Einsatz kommt. Eine weiter unten noch im Detail dargelegte Betriebsart „fett" erfordert hoheThe exhaust gas recirculation valve 46 is also controlled by the control and regulating device 44. A throttle valve is not available as standard in a diesel internal combustion engine; however, as in the present exemplary embodiment, it must also be provided if a NOx storage catalytic converter 28 is used. An operating mode "bold", which is described in detail below, requires high
Abgasruckführraten, die sich in der Regel nur mit einer Drosselklappe darstellen lassen.Exhaust gas recirculation rates, which can usually only be represented with a throttle valve.
Beim Katalysator 28 handelt es sich um einen NOx- Speicherkatalysator. Normalerweise arbeitet dieThe catalytic converter 28 is a NOx storage catalytic converter. Usually it works
Brennkraftmaschine 10 in einer Betriebsart „mager", in der das Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum 14 eher einen Luftüberschuss aufweist. In dieser entstehen als Verbrennungsabgase u.a. Stickoxide, welche von dem NOx- Speicherkatalysator 28 aufgenommen und zwischengespeichert werden. Der NOx-Speicherkatalysator 28 wird also im mageren Normalbetrieb mit den Stickoxiden beladen.Internal combustion engine 10 in a “lean” operating mode, in which the fuel-air mixture in combustion chamber 14 tends to have an excess of air. In this combustion gas, among other things, nitrogen oxides are formed, which are taken up and temporarily stored by NOx storage catalytic converter 28. NOx storage catalytic converter 28 is thus loaded with nitrogen oxides during lean normal operation.
Bevor der NOx-Speicherkatalysator 28 vollständig mit den Stickoxiden beladen ist, wir die Brennkraftmaschine 10 in eine Betriebsart „fett" umgeschaltet. In dieser „fetten" Betriebsart ist im Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 ein Kraftstoff-Überschuss vorhanden (Lambda < 1). Das entsprechende Abgas enthält nun unverbrannte Kohlenwasserstoffe, sowie Kohlenmonoxid und Wasserstoff, welche über das Abgasrohr 26 zu dem NOx-Speicherkatalysator 28 gelangen. Die dort abgespeicherten Stickoxide reagieren mit den Kohlenwasserstoffen, dem Kohlenmonoxid und dem Wasserstoff und können nun u.a. als Stickstoff sowie als Kohlendioxid und Wasser an die Atmosphäre abgegeben werden. Die fette Betriebsart der Brennkraftmaschine 10 wird solange beibehalten, bis der NOx-Speicherkatalysator 28 wieder möglichst vollständig von den Stickoxiden entladen ist. Dieses Entladen von Stickoxiden wird auch alsBefore the NOx storage catalytic converter 28 is completely loaded with the nitrogen oxides, the internal combustion engine 10 is switched to an operating mode “rich”. In this “rich” operating mode, there is an excess fuel in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10 (lambda <1). The corresponding exhaust gas now contains unburned hydrocarbons, as well as carbon monoxide and hydrogen, which reach the NOx storage catalytic converter 28 via the exhaust pipe 26. The nitrogen oxides stored there react with the hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen and can now be released into the atmosphere as nitrogen, carbon dioxide and water. The rich operating mode of the internal combustion engine 10 is maintained until the NOx storage catalytic converter 28 is again completely discharged from the nitrogen oxides. This discharge of nitrogen oxides is also called
„Regenerieren" des NOx-Speicherkatalysators 28 bezeichnet.“Regenerate” the NOx storage catalytic converter 28.
Für den vorstehenden Betrieb der Brennkraftmaschine ist es also erforderlich, zwischen einer Betriebsart „mager" und einer Betriebsart „fett" hin- und herzuschalten. Es versteht sich, dass das vom Benutzer der Brennkraftmaschine geforderte bzw. eingestellte Drehmoment, welches von der Brennkraftmaschine 10 geleistet werden soll bzw. geleistet wird, von den Umschaltvorgängen nicht beeinflusst werden darf. Insbesondere darf bei diesen Umschaltvorgängen kein Momentensprung auftreten.For the above operation of the internal combustion engine, it is therefore necessary to switch back and forth between an operating mode “lean” and an operating mode “rich”. It goes without saying that the torque requested or set by the user of the internal combustion engine, which is to be or is to be provided by the internal combustion engine 10, must not be influenced by the switching processes. In particular, no torque jump may occur during these switching processes.
Ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Figur 1 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 8 im Detail erläutert. Dieses Verfahren ist in Form eines Computerprogramms auf einem Speicher des Steuer- und Regelgeräts 44 abgespeichert.A method for operating the internal combustion engine of FIG. 1 will now be explained in detail with reference to FIGS. 2 to 8. This method is stored in the form of a computer program on a memory of the control and regulating device 44.
Die beiden Eingangsgrößen für die Steuerung der Brennkraftmaschine 10 sind einerseits das vom Benutzer derOn the one hand, the two input variables for the control of the internal combustion engine 10 are those of the user of the
Brennkraftmaschine gewünschte Drehmoment MDsoll sowie ein vorgegebener Lambdawert Lreg. Letzterer hängt u.a. von denInternal combustion engine desired torque MDset and a predetermined lambda value Lreg. The latter depends among other things. of the
Betriebsbedingungen und der Betriebsart derOperating conditions and the operating mode of the
Brennkraftmaschine ab. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine hat der vorgegebene Lambdawert Lreg einen Wert, der einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch imInternal combustion engine. In normal operation of the internal combustion engine, the predetermined lambda value Lreg has a value that corresponds to a lean fuel / air mixture in the
Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 entspricht.Combustion chamber 14 of internal combustion engine 10 corresponds.
Für die Regenerierung des NOx-Katalysators 28 wird die Brennkraftmaschine 10 jedoch von Zeit zu Zeit in eine fette Betriebsart umgeschaltet, m welcher der vorgegebene Lambdawert Lreg einen Wert annimmt, welcher einem eher fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 entspricht. Die beiden Eingangsgrößen Soll-Drehmoment MDsoll und vorgegebener Lambdawert Lreg werden m einen Steuerungsblock 50 eingespeist. Dieser ist m Figur 2 nicht weiter detailliert (eine detaillierte Erläuterung findet sich weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 10 und 11) .For the regeneration of the NOx catalytic converter 28, however, the internal combustion engine 10 turns into a rich one from time to time The operating mode is switched, in which the predetermined lambda value Lreg assumes a value which corresponds to a rather rich fuel-air mixture in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10. The two input variables target torque MDset and predefined lambda value Lreg are fed into a control block 50. This is not further detailed in FIG. 2 (a detailed explanation can be found below in connection with FIGS. 10 and 11).
Im Steuerungsblock 50 werden eine Soll-Luftmasse MLsoll und e n Soll-Lambdawert Lsoll bestimmt. Aus diesen werden letztlich die Ansteuersignale UDK für die Drosselklappe 20, UAV für das Abgasruckfuhrventil 46, und UME für das Einspritzventil 32 bestimmt. Hierzu wird die Soll-Luftmasse MLsoll zunächst m einen Differenzblock 51 eingespeist, in dem die tatsächliche Luftmasse MList von ihr abgezogen wird. Die Differenz wird dann einem AGR-Regler 52 (AGR = Abgasruckfuhrung) zugeführt. Dieser steuert das Abgasruckfuhrventil 46 und/oder die Drosselklappe 20 an, welches, wie bereits oben beschrieben wurde, durch die Einstellung des Anteils der ruckgefuhrten Abgasmenge die dem Brennraum 14 zugefuhrte Frischluftmenge einzustellen hilft. Das Ergebnis ist eine tatsächliche dem Brennraum 14 zugefuhrte Luftmasse MList, welche vom Luftmassenmesser 22 erfasst wird.In the control block 50, a target air mass ML target and a target lambda value L target are determined. From these, the control signals UDK for the throttle valve 20, UAV for the exhaust gas recirculation valve 46, and UME for the injection valve 32 are ultimately determined. For this purpose, the target air mass MLsoll is first fed into a differential block 51, in which the actual air mass MList is subtracted from it. The difference is then fed to an EGR controller 52 (EGR = exhaust gas recirculation). This controls the exhaust gas recirculation valve 46 and / or the throttle valve 20, which, as already described above, helps to set the fresh air quantity supplied to the combustion chamber 14 by adjusting the proportion of the recirculated exhaust gas quantity. The result is an actual air mass MList supplied to the combustion chamber 14, which is measured by the air mass meter 22.
Der Soll-Lambdawert Lsoll wird mittels der stochiometrischen Konstanten im Block 54 umgerechnet und das Ergebnis im Divisionsblock 56 für die Division der tatsächlichen Luftmasse MList verwendet. Das Ergebnis ist e ne einzuspritzende Bas s-Kraftstoffmasse MEbas. In 58 wird die Differenz zwischen dem Soll-Lambdawert Lsoll und einem tatsächlichen Lambdawert List, welcher von den Lambdasonden 30 des Katalysators 28 erfasst wird, qeoildet. Die Differenz wird in einen Lambdaregler 60 eingespeist, der eine einzuspritzende Korrekturkraftstoffmasse MEkorr ausgibt. Diese wird in 62 zu der einzuspritzenden Basis- Kraftstoffmasse MEbas addiert, was eine einzuspritzende Soll-Kraftstoffmasse MEsoll ergibt. Diese wird in einen Zumessblock 64 eingespeist, der ein entsprechendes Steuersignal UME ausgibt, mit dem das Einspritzventil 32 des Zylinders 12 angesteuert wird.The target lambda value Lsoll is converted using the stochiometric constants in block 54 and the result in division block 56 is used for the division of the actual air mass MLact. The result is a base fuel mass MEbas to be injected. 58, the difference between the target lambda value Lsoll and an actual lambda value list, which is detected by the lambda probes 30 of the catalytic converter 28, is formed. The difference is fed into a lambda controller 60, which outputs a correction fuel mass MEkorr to be injected. This is added in 62 to the base fuel mass MEbas to be injected, which results in a target fuel mass MEsoll to be injected. This is fed into a metering block 64 which outputs a corresponding control signal UME with which the injection valve 32 of the cylinder 12 is controlled.
Die Wirkungsweise des in Figur 2 dargestellten Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die Diagramme der Figuren 3 bis 8 erläutert:The mode of operation of the method shown in FIG. 2 will now be explained with reference to the diagrams in FIGS. 3 to 8:
Es wird ein Fall betrachtet, bei dem der vorgegebene Lambdawert Lreg gleich einem für das Regenerieren desA case is considered in which the predetermined lambda value Lreg is equal to one for the regeneration of the
Katalysators 28 erforderlichen fetten Lambdawert Lfett und konstant ist. Gleichzeitig wird ein sog. "positiver Luftmassenfehler" angenommen. Hierunter wird verstanden, dass kurzzeitig die tatsächlich dem Brennraum 14 zugeführte Luftmasse MList die Soll-Luftmasse MLsoll übersteigt (vgl. Figur 5) . Wie aus Figur 3 hervorgeht, würde, ohne entsprechende Gegenmaßnahmen, durch eine solche Störung der tatsächliche Lambdawert vom Wert Lfett auf einen magereren Wert Ll ansteigen, und entsprechend würde das Drehmoment von einem Wert MD1 auf einen Wert MD2 ansteigen (vgl. Pfeile 64 in den Figuren 3 und 4) .Catalyst 28 required rich lambda value Lfett and is constant. At the same time, a so-called "positive air mass error" is assumed. This is understood to mean that the air mass MLact actually supplied to the combustion chamber 14 briefly exceeds the target air mass MLsoll (cf. FIG. 5). As can be seen from FIG. 3, without appropriate countermeasures, such a disturbance would increase the actual lambda value from the value Lfett to a leaner value Ll, and accordingly the torque would increase from a value MD1 to a value MD2 (see arrows 64 in FIGS Figures 3 and 4).
Würde nun zusätzlich der Lambdaregler 60 als Eingangsgröße nicht die Differenz aus dem tatsächlichen Lambdawert List und dem Soll-Lambdawert Lsoll, sondern die Differenz aus dem tatsächlichen Lambdawert List und dem vorgegebenen Lambdawert Lreg verwenden (dies entspräche einer Regelung auf den Regenerierwert Lfett), käme es zu einer proportionalen Erhöhung der Einspritzmasse und das tatsächliche Drehmoment würde noch weiter steigen (gestrichelte Pfeile 66 in den Figuren 3 und 4) . Ein positiver Luftmassenfehler würde also - ohne entsprechende Gegenmaßnahmen - zu einer vom Benutzer der Brennkraftmaschine 10 nicht gewünschten und deutlich spürbaren Erhöhung des Drehmoments führen.If the lambda controller 60 were to use the difference between the actual lambda value list and the target lambda value Lsoll as the input variable, but instead the difference between the actual lambda value list and the predefined lambda value Lreg (this would correspond to a regulation to the regeneration value Lfett) to a proportional increase in injection mass and the actual torque would increase even further (dashed arrows 66 in Figures 3 and 4). A positive air mass error would - without appropriate countermeasures - lead to an increase in the torque that is not desired and clearly noticeable by the user of the internal combustion engine 10.
Dies wird im vorliegenden Fall jedoch durch zwei Maßnahmen verhindert: Zum einen erfolgt im Steuerungsblock 50 die Bildung des Soll-Lambdawerts Lsoll derart, dass die Einhaltung des vom Benutzer gewünschten Drehmoments MDsoll Priorität vor der Einhaltung des vorgegebenen Lambdawerts Lreg hat. Ferner wird für die Bildung der Eingangsgröße des Lambdareglers 60 nicht der vorgegebene Lambdawert Lreg, sondern der Soll-Lambdawert Lsoll verwendet. Bei einem positiven Luftmassenfehler wird also der Soll-Lambdawert Lsoll in Figur 3 auf einen Lambdawert L2 überhöht und so das Drehmoment schnellstmöglich wieder auf den ursprünglich vom Benutzer gewünschten Wert MD1 korrigiert. Während die Luftmasse ML eingeregelt wird, wird dann der Soll- Lambdawert Lsoll wieder abgesenkt.In the present case, however, this is prevented by two measures: On the one hand, the control lambda value Lsoll is formed in the control block 50 in such a way that the maintenance of the torque MDsoll desired by the user has priority over the maintenance of the predetermined lambda value Lreg. Furthermore, it is not the predetermined lambda value Lreg that is used for the formation of the input variable of the lambda controller 60, but rather the target lambda value Lsoll. In the event of a positive air mass error, the target lambda value Lsoll in FIG. 3 is increased to a lambda value L2 and the torque is corrected again as quickly as possible to the value MD1 originally desired by the user. The set lambda value L setpoint is then reduced again while the air mass ML is being set.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass der Fall eines negativen Luftmassenfehlers von untergeordneter Bedeutung ist. In diesem Fall spielt es praktisch kaum eine Rolle, ob die Lambdaregelung nach dem Soll-Lambdawert Lsoll oder nach dem vorgegebenen Lambdawert Lreg erfolgt . Zwar wird hierdurch ein Zustand erzeugt, bei dem der Soll- Lambdawert Lsoll kleiner als der vorgegebene Lambdawert Lreg ist, aber diese zusätzlich Anfettung würde wegen des herrschenden Luftmangels ohnehin zu keiner nennenswerten Korrektur des Drehmoments führen. Darüber hinaus ist ein negativer Fehler des Drehmoments (also ein Abfall des tatsächlichen Drehmoments gegenüber dem gewünschten Drehmoment) weniger kritisch als ein positiver. Hinzu kommt noch, dass einer weiteren Anfettung emissionsbedingte Grenzen gesetzt sind.For the sake of completeness, it should be pointed out that the case of a negative air mass error is of minor importance. In this case, it is practically irrelevant whether the lambda control takes place according to the target lambda value Lset or according to the predetermined lambda value Lreg. Although this creates a state in which the target lambda value Lsetpoint is less than the predetermined lambda value Lreg, this additional enrichment would not lead to any significant correction of the torque anyway due to the lack of air. In addition, a negative torque error (i.e., a drop in actual torque from the desired torque) is less critical than a positive one. Add to that the fact that further enrichment is emissions-related There are limits.
In den Figuren 5 bis 8 sind die Verläufe verschiedener Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 bei dem positiven Luftmassenfehler dargestellt. Figur 5 zeigt die tatsächlich dem Brennraum 14 zugeführte Luftmasse MList (durchgezogene Linie) und die Soll-Luftmasse MLsoll (gestrichelte Linie) . Man sieht, dass zum Zeitpunkt Null eine kurzzeitige Störung der Luftmasse beginnt, durch die dem Brennraum 14 mehr Luft zugeführt wird, als an sich erforderlich ist.FIGS. 5 to 8 show the courses of different operating variables of the internal combustion engine 10 in the case of the positive air mass error. FIG. 5 shows the air mass MList actually supplied to the combustion chamber 14 (solid line) and the target air mass MLsoll (dashed line). It can be seen that a brief disturbance of the air mass begins at time zero, through which more air is supplied to the combustion chamber 14 than is actually required.
In Figur 6 ist gestrichelt der vorgegebene Lambdawert Lreg aufgetragen. Dieser ändert sich durch den positiven Luftmassenfehler nicht. Mit einer durchgezogenen Linie ist ein Lambdawert LMD aufgetragen, der jenem Lambdawert entspricht, bei dem das Drehmoment der Brennkraftmaschine dem gewünschten Drehmoment MDsoll entspricht. Dieser Lambdawert wird also gegenüber dem vorgegebenen Lambdawert deutlich überhöht.The predetermined lambda value Lreg is plotted in dashed lines in FIG. This does not change due to the positive air mass error. A lambda value LMD is plotted with a solid line, which corresponds to the lambda value at which the torque of the internal combustion engine corresponds to the desired torque MDset. This lambda value is therefore significantly increased compared to the specified lambda value.
In Figur 7 ist die einzuspritzende Basis-Kraftstoffmasse MEbas aufgetragen, und zwar mit einer durchgezogenen Linie für den Fall, dass der Soll-Lambdawert Lsoll gleich dem Lambdawert LMD von Figur 6 ist und gestrichelt für den Fall, dass der Soll-Lambdawert Lsoll gleich dem vorgegebenen Lambdawert Lreg ist. Wenn der Soll-Lambdawert Lsoll gleich dem Lambdawert LMD gesetzt wird, der für ein konstantes Drehmoment gilt, nimmt die einzuspritzende Basis-Kraftstoffmenge MEbas trotz der zusätzlichen dem Brennraum 14 zugeführten Luftmenge MList ab. Dies führt jedoch, wie aus Figur 8 ersichtlich ist, zu dem mit einer durchgezogenen Linie dargestellten konstanten Drehmomentverlauf MD. Dagegen wäre in jenem Fall, in dem der Soll-Lambdawert Lsoll gleich dem vorgegebenen Lambdawert Lreg gesetzt werden würde (gestrichelte Linie in Figur 7), eine kurzzeitige und unerwünschte Erhöhung des Drehmoments MD der Brennkraftmaschine 10 zu verzeichnen.The basic fuel mass MEbas to be injected is plotted in FIG. 7, with a solid line for the case that the target lambda value Lsoll is equal to the lambda value LMD of FIG. 6 and dashed for the case that the target lambda value Lsoll is equal to that predefined lambda value Lreg. If the target lambda value Lsoll is set equal to the lambda value LMD, which applies to a constant torque, the basic fuel quantity MEbas to be injected decreases in spite of the additional air quantity MLact supplied to the combustion chamber 14. However, as can be seen from FIG. 8, this leads to the constant torque curve MD shown with a solid line. In contrast, in the case in which the target lambda value Lsetpoint would be set equal to the predetermined lambda value Lreg (dashed line in Figure 7), a short-term and undesirable increase in the torque MD of the internal combustion engine 10.
In Figur 9 ist eine Variante zu dem in Figur 2 dargestellten Verfahrensablauf aufgezeigt (in Figur 9 tragen solche Blöcke, welche äquivalente Funktionen zu den Blöcken von Figur 2 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen; sie sind nicht nochmals im Detail erläutert) .FIG. 9 shows a variant of the process sequence shown in FIG. 2 (in FIG. 9, those blocks which have functions equivalent to the blocks of FIG. 2 have the same reference numerals; they are not explained again in detail).
Bei dem in Figur 9 dargestellten Verfahren wird vomIn the method shown in FIG. 9, the
Steuerungsblock 50 anstelle eines Soll-Lambdawerts eine einzuspritzende Basis-Kraftstoffmasse MEbas ausgegeben. Diese wird dann in 54 mit der stöchiometrischen Konstante verarbeitet und im Divisionsblock 56 als Divisor für die Division der vom Lu tmassenmesser 22 erfassten tatsächlichen Luftmasse MList verwendet. Das Ergebnis ist dann der Soll-Lambdawert Lsoll, von dem in 58 der tatsächliche Lambdawert List abgezogen wird. Dieses Ergebnis wird dann wieder in den Lambdaregler 60 eingespeist, welcher eine einzuspritzende Korrektur- Kraftstoffmasse MEkorr erzeugt, die in 62 zur einspritzenden Basis-Kraftstof masse MEbas addiert wird, was als Ergebnis die einzuspritzende Kraftstoffmasse MEsoll liefert .Control block 50 outputs a base fuel mass MEbas to be injected instead of a target lambda value. This is then processed in 54 with the stoichiometric constant and used in the division block 56 as a divisor for the division of the actual air mass MList detected by the air mass meter 22. The result is then the target lambda value Lsoll, from which the actual lambda value list is subtracted in 58. This result is then fed back into the lambda controller 60, which generates a correction fuel mass MEkorr to be injected, which is added in 62 to the basic fuel mass MEbas to be injected, which as a result supplies the fuel mass MEsoll to be injected.
In Figur 10 ist eine Detaillierung der Bereitstellung des Sollwerts der dem Brennraum 14 zuzuführenden Luft asse MLsoll und der dem Brennraum 14 zuzuführenden Kraftstoffmasse MEsoll des in Figur 2 dargestellten Verfahrens aufgezeigt:FIG. 10 shows a detail of the provision of the setpoint value for the air volume MLsoll to be fed to the combustion chamber 14 and the fuel mass MEsoll to be fed to the combustion chamber 14 of the method shown in FIG. 2:
Das Verfahren geht dabei davon aus, dass die Brennkraftmaschine 10 "luftgeführt" betrieben wird. Dies bedeutet, dass die Drosselklappe 20 und das Abgasruckfuhrventil 46 vom Steuer- und Regelgerät 44 entsprechend dem vom Benutzer gewünschten Drehmoment MDsoll eingestellt werden. Vom HFM-Sensor 22 wird dann die durch das Ansaugrohr 18 in den Brennraum 14 gelangende tatsächliche Luftmasse MList bestimmt. Abhängig von dieser tatsächlichen Luftmasse MList wird das Einsprit zventil 32 so angesteuert, dass eine dem Drehmoment MDsoll und, im Stationärbetrieb, eine der vorgegebenen Gemisch- Zusammensetzung Lreg entsprechende Kraftstoffmenge MEsoll in den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 gelangt. Weitere Details hierzu sind in der DE 100 30 936 beschrieben, deren Lehre hiermit ausdrücklich einbezogen wird.The method assumes that the internal combustion engine 10 is operated “air-guided”. This means that the throttle valve 20 and the exhaust gas recirculation valve 46 from the control and regulating device 44 should be set according to the torque MD desired by the user. The HFM sensor 22 then determines the actual air mass MList entering the combustion chamber 14 through the intake pipe 18. Depending on this actual air mass MList, the injection valve 32 is activated in such a way that a fuel quantity MEsoll corresponding to the torque MDsoll and, in stationary operation, a fuel quantity MEsoll corresponding to the predetermined mixture composition Lreg reaches the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10. Further details are described in DE 100 30 936, the teaching of which is hereby expressly incorporated.
Ausgangspunkt bei dem in Figur 10 dargestellten Verfahren ist eine Luftmasse MLmager und die oben genannte Luftmasse MList. Die Luftmasse MLmager wird vom Steuer- und Regelgerät 44 vorgegeben und entspricht der bei der gegenwärtigen Drehzahl (Drehzahlsensor 42) und dem gegenwärtigen Drehmoment gewünschten Luftmasse in der Betriebsart "mager" der Brennkraftmaschine 10.The starting point in the method shown in FIG. 10 is an air mass MLmean and the above-mentioned air mass MList. The air mass MLmager is predetermined by the control and regulating device 44 and corresponds to the air mass desired at the current speed (speed sensor 42) and the current torque in the “lean” operating mode of the internal combustion engine 10.
Da die Brennkraftmaschine 10 über ein Abgasruckfuhrventil 46 verfügt, wird die Größe MLmager in erheblichem Umfang von einer Regelung für diese Abgasrückführung erzeugt. Bei der Größe MList handelt es sich dagegen um die vom HFM- Sensor 22 erfasste tatsächlich über das Ansaugrohr 18 und das Einlassventil 16 in den Brennraum 14 gelangenden Luftmasse (grundsätzlich ist es möglich, dass das Signal des HFM-Sensors 22 mittels weiterer Messgrößen korrigiert wird) .Since the internal combustion engine 10 has an exhaust gas recirculation valve 46, the size MLmager is generated to a considerable extent by a control system for this exhaust gas recirculation. The size MList, on the other hand, is the air mass actually detected by the HFM sensor 22 entering the combustion chamber 14 via the intake pipe 18 and the inlet valve 16 (in principle, it is possible for the signal of the HFM sensor 22 to be corrected by means of further measured variables ).
Über den vorgegebenen Lambdawert Lreg wird ein Luftmassenverhältnis μreg bestimmt. Die Bestimmung erfolgt in einem Kennlinienblock 68. Mit dessen Hilfe kann zu jedem vorgegebenen Lambdawert Lreg jenes Luftmassenverhältnis μreg angegeben werden, bei dem das Drehmoment MD konstant bleibt. Der Kennlinienblock 68 verarbeitet verschiedene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10. Zu diesen gehören im vorliegenden Fall die Drehzahl n der Kurbelwelle 40 sowie die in der Betriebsart "mager" einzuspritzende Kraftstoffmasse MEmager.An air mass ratio μreg is determined via the specified lambda value Lreg. The determination is carried out in a characteristic block 68. With the aid of this block, that air mass ratio can be given for each predetermined lambda value Lreg μreg can be specified at which the torque MD remains constant. The characteristic curve block 68 processes various operating variables of the internal combustion engine 10. In the present case, these include the speed n of the crankshaft 40 and the fuel mass MEmager to be injected in the “lean” operating mode.
In 70 wird das Luftmassenverhältnis μreg mit der Luftmasse MLmager multipliziert, was eine Soll-Luftmasse MLsoll ergibt. Abhängig von dieser Soll-Luftmasse MLsoll wird vom Steuer- und Regelgerät 44 die Drosselklappe 20 und das Abgasruckfuhrventil 46 angesteuert.In 70, the air mass ratio μreg is multiplied by the air mass MLmager, which results in a target air mass MLset. Depending on this target air mass MLsoll, the throttle valve 20 and the exhaust gas recirculation valve 46 are actuated by the control and regulating device 44.
In 72 wird die vom HFM-Sensor 22 erfasst Ist-Luftmasse MList durch die in der Betriebsart "mager" gewünschte Luftmasse MLmager dividiert, was ein tatsächliches Luftmassenverhältnis μist ergibt. Dieses wird in einen Kennlinienblock 74 eingespeist, mit welchem aus dem Luftmassenverhältnis μist jener Lambdawert Lsoll bestimmt wird, bei dem das Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 unverändert bleibt. Auch die Funktion des Kennlinienblocks 74 hängt von der Drehzahl n und der in der Betriebsart "mager" in den Brennraum 14 einzuspritzenden Kraftstoffmasse MEmager ab.In 72, the actual air mass MList detected by the HFM sensor 22 is divided by the air mass MLmean desired in the “lean” operating mode, which results in an actual air mass ratio μact. This is fed into a characteristic curve block 74, with which the lambda value Lset is determined from the air mass ratio μactual, at which the torque of the internal combustion engine 10 remains unchanged. The function of the characteristic curve block 74 also depends on the speed n and the fuel mass MEmager to be injected into the combustion chamber 14 in the “lean” operating mode.
Die weitere Verarbeitung des Soll-Lambdawerts Lsoll entspricht j ener, wie sie in Figur 2 dargestellt ist . Dabei wird durch den Einsatz des Lambdareglers 60 eine sehr genaue Einstellung der in Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 einzuspritzenden Kraftstof fmasseThe further processing of the target lambda value Lsoll corresponds to that as shown in FIG. The use of the lambda controller 60 enables a very precise setting of the fuel mass to be injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10
MEsoll gewährleistet , ohne dass im Störungsfall (positiver Luftmassenfehler) unerwünschte Drehmomentabweichungen zu befürchten sind .ME should ensure without undesirable torque deviations in the event of a fault (positive air mass error).
In Figur 11 ist eine Abwandlung des in Figur 10 dargestellten Verfahrens aufgezeigt. Dabei tragen in Figur 11 solche Funktionsblöcke, deren Funktionen äquivalent zu den entsprechenden Blöcken von Figur 10 sind, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.FIG. 11 shows a modification of that in FIG. 10 method shown. In FIG. 11, such function blocks, whose functions are equivalent to the corresponding blocks in FIG. 10, have the same reference symbols. They are not explained in detail again.
Bei dem in Figur 11 dargestellten Verfahren wird der Sollwert Lsoll nach unten hin durch einen Minimalwert Lmin begrenzt. Dies geschieht folgendermaßen: Der im Kennlinienblock 74 erzeugte Lambdawert (dieser gilt für ein dem vom Benutzer gewünschten Drehmoment entsprechendesIn the method shown in FIG. 11, the setpoint Lsetpoint is limited downwards by a minimum value Lmin. This takes place as follows: The lambda value generated in the characteristic curve block 74 (this applies to a torque corresponding to the torque desired by the user
Drehmoment MD und wird daher als LMD bezeichnet) wird in einen Vergleichsblock 76 eingespeist. In diesem wird der Lambdawert LMD mit dem vorgegebenen und konstanten Minimalwert Lmin verglichen.Torque MD and is therefore referred to as LMD) is fed into a comparison block 76. In this, the lambda value LMD is compared with the predetermined and constant minimum value Lmin.
Der Block 76 gibt den jeweils größeren der beiden Werte LMD bzw. Lmin als begrenzten Lambdawert Lbg weiter. Dieser wird in einen Schalter 78 eingespeist, der in seiner Ruhestellung den Lambdawert Lbg als Soll-Lambdawert Lsoll für die Blöcke 54 und 58 weitergibt. In einemBlock 76 passes on the larger of the two values LMD and Lmin as a limited lambda value Lbg. This is fed into a switch 78 which, in its rest position, passes on the lambda value Lbg as the desired lambda value Lsoll for the blocks 54 and 58. In one
Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10, in dem der begrenzte Lambdawert Lbg und der vorgegebene Lambdawert Lreg jeweils höchstens den Wert 1 haben, wird der Schalter 78 jedoch in seine geschaltete Stellung gebracht, in der statt dessen der vorgegebene Lambdawert Lreg als Soll- Lambdawert Lsoll weitergegeben wird.However, the operating state of the internal combustion engine 10, in which the limited lambda value Lbg and the predefined lambda value Lreg each have a value of at most 1, brings the switch 78 into its switched position, in which instead the predefined lambda value Lreg is passed on as the desired lambda value Lsetpoint.
Im Block 76 wird der Wert des Soll-Lambdawerts Lsoll auf den vorgegebenen Minimalwert Lmin begrenzt. Dies bedeutet, dass der Soll-Lambdawert Lsoll in keinem Betriebszustand einen kleineren Wert als Lmin annehmen kann. Dem liegt folgender Gedanke zugrunde. Das Luftmassenverhältnis μist, welches dem Quotienten MList/MLmager entspricht, kann dadurch abnehmen, dass die tatsächliche Luftmasse MList abnimmt oder aber dass die Luftmasse MLmager zunimmt. Eine plötzliche Zunahme des vom Benutzer der Brennkraftmaschine 10 gewünschten Drehmoments außersr sich in einer sehr raschen Zunahme der Luftmasse MLmager, wohingegen sich die tatsächliche Luftmasse MList aufgrund der Trägheit des Luftmassensystems der Brennkraftmaschine 10 nur langsam ändert. In der Folge kann der Quotient μist vorübergehend sehr kleine Werte annehmen, was im Kennlinienblock 74 zu einem vergleichsweise sehr fetten Gemisch, also einem sehr kleinen Lambdawert LMD fuhrt. Würde dieser niedrige Lambdawert als Sollwert weitergegeben, konnte dies zu Problemen mit der Rußemission und zu einer Verbrennungsinstabilitat fuhren. Durch die Begrenzung des Lambdawerts Lsoll mittels des Minimalwerts Lmin im Block 76 wird dem vorgebeugt.In block 76, the value of the target lambda value Lsoll is limited to the predetermined minimum value Lmin. This means that the target lambda value Lsoll cannot assume a smaller value than Lmin in any operating state. This is based on the following idea. The air mass ratio μact, which corresponds to the quotient MList / MLmager, can decrease because the actual air mass MList decreases or because the air mass MLmager increases. A sudden increase in the torque desired by the user of the internal combustion engine 10 results in a very rapid increase in the air mass MLmean, whereas the actual air mass MList changes only slowly due to the inertia of the air mass system of the internal combustion engine 10. As a result, the quotient μact can temporarily assume very small values, which leads to a comparatively very rich mixture in the characteristic curve block 74, that is to say a very small lambda value LMD. If this low lambda value were passed on as a setpoint, this could lead to problems with the soot emission and to combustion instability. This is prevented by limiting the lambda value Lsoll by means of the minimum value Lmin in block 76.
Wenn das Luftmassenverhältnis μist dagegen abnimmt, weil beispielsweise die tatsachliche Luftmasse MList abnimmt, so bedeutet dies, dass bei unverändertem gewünschten Drehmoment des Benutzers das Gemisch angefettet werden muss. Dies kann gewollt sein (beispielsweise bei einer Änderung des vorgegebenen Lambdawerts Lreg zur Durchfuhrung einer Katalysatorregeneration) oder ungewollt (negativer Luftmassenfehler) . In beiden Fallen erfolgt die gleiche gewünschte Reaktion. Zusatzliche Funktionsblocke sind für diesen Fall einer Abnahme des Luftmassenverhaltnisses μist nicht erforderlich.If, on the other hand, the air mass ratio μact decreases, for example because the actual air mass MLact decreases, this means that the mixture must be enriched if the desired torque of the user remains unchanged. This can be deliberate (for example, if the specified lambda value Lreg is changed in order to carry out a catalyst regeneration) or undesired (negative air mass error). The same desired reaction takes place in both cases. Additional function blocks are not required in this case of a decrease in the air mass ratio μist.
Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle des Vergleichsblocks 76 im Kennlinienblock 74 auch eineIt should be pointed out that instead of the comparison block 76 in the characteristic curve block 74 there is also a
Kennlinie verwendet werden konnte, welche bei Erreichen des minimalen Lambdawerts Lmin abknickt und parallel zur Ordinate verlauft .Characteristic curve could be used, which kinks when the minimum lambda value Lmin is reached and runs parallel to the ordinate.
Die Umschaltung im Block 78 wiederum beruht auf folgendem Gedanken: Solange die durch die Gemischeinstellung verursachten Veränderungen des Drehmoments der Brennkraftmaschine 10 so klein bleiben, dass der Benutzer der Brennkraftmaschine 10 sie nicht spürt, ist es nicht erforderlich, dass der Soll-Lambdawert Lsoll jeder Änderung der tatsächlichen Luftmasse MList folgt. Unter gewissen Stationaritätsbedingungen ist es daher zulässig und vorteilhaft, den Soll-Lambdawert auf den vorgegebenen Lambdawert Lreg umzuschalten. Dies beruhigt den Verlauf des Soll-Lambdawerts Lsoll. The switchover in block 78 is based on the following Thoughts: As long as the changes in the torque of the internal combustion engine 10 caused by the mixture setting remain so small that the user of the internal combustion engine 10 does not feel them, it is not necessary for the target lambda value Lsoll to follow every change in the actual air mass MLact. Under certain stationarity conditions, it is therefore permissible and advantageous to switch the target lambda value to the predetermined lambda value Lreg. This calms the course of the target lambda value Lsoll.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Katalysator (28), insbesondere mit Kraftstoff- Direkteinspritzung, bei dem abhängig von bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (10) von einer ersten in eine zweite Betriebsart und umgekehrt gewechselt wird, wobei sich die Betriebsarten mindestens durch einen vorgegebenen Lambdawert (Lreg) des Kraftstoff-Luftgemisches in einem Brennraum (14) unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem gewünschten Drehmoment1. A method for operating an internal combustion engine (10) with a catalyst (28), in particular with direct fuel injection, in which, depending on certain operating conditions of the internal combustion engine (10), a change is made from a first to a second operating mode and vice versa, the operating modes at least distinguish by a predetermined lambda value (Lreg) of the fuel-air mixture in a combustion chamber (14), characterized in that from a desired torque
(MDsoll) und dem vorgegebenen Lambdawert (Lreg) eine dem Brennraum (14) zuzuführende Soll-Luftmasse (MLsoll) und unter Berücksichtigung eines Soll-Lambdawerts (Lsoll) eine dem Brennraum (14) zuzuführende Soll-Kraftstoffmenge (MEsoll) ermittelt wird, derart, dass die Einhaltung des gewünschten Drehmoments (MDsoll) Priorität vor der Einhaltung des vorgegebenen Lambdawerts (Lreg) hat, und dass zur Ermittlung der Soll-Kraftstoffmenge (MEsoll) der Soll-Lambdawert (Lsoll) mit einem tatsächlichen Lambdawert (List) verglichen und hieraus eine Korrektur- Kraftstoffmenge (MEkorr) ermittelt wird.(MDset) and the predetermined lambda value (Lreg), a target air mass (MLset) to be supplied to the combustion chamber (14) and a target fuel quantity (MEset) to be supplied to the combustion chamber (14) taking into account a set lambda value (Lset), is determined in such a way that compliance with the desired torque (MDset) has priority over compliance with the specified lambda value (Lreg), and that the target lambda value (Lset) is compared with an actual lambda value (List) and from this to determine the target fuel quantity (MEset) a correction fuel quantity (MEkorr) is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (58) aus Soll-Lambdawert (Lsoll) und Ist-La bdawert (List) in einen Lambdaregler (60) eingespeist wird, dessen Stellgröße die einzuspritzende Korrektur-Kraftstoffmenge (MEkorr) ist, und dass diese zu einer Basis-Kraftstoffmenge (MEbas) addiert (62) und so die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MEsoll) bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the difference (58) from the desired lambda value (Lsoll) and the actual load value (list) into a lambda controller (60) is fed in, whose manipulated variable is the correction fuel quantity (MEkorr) to be injected, and that this is added (62) to a basic fuel quantity (MEbas) and the fuel quantity to be injected (MEsoll) is thus determined.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pro Arbeitsspiel einzuspritzende Kraftstoffmenge in eine Mehrzahl von Einzelmengen aufgeteilt wird und die Einzelmengen durch eine Mehrzahl von entsprechenden Einzeleinspritzungen in den Brennraum eingebracht werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel quantity to be injected per work cycle is divided into a plurality of individual quantities and the individual quantities are introduced into the combustion chamber by a plurality of corresponding individual injections.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Lambdawert (Lsoll) nach unten durch einen Minimalwert (Lmin) begrenzt wird (76).4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the target lambda value (Lset) is limited downwards (76) by a minimum value (Lmin).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Lambdawert (Lsoll) unter bestimmten Betriebsbedingungen gleich dem vorgegebenen Lambdawert (Lreg) gesetzt wird (78).5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the target lambda value (Lsoll) is set equal to the predetermined lambda value (Lreg) under certain operating conditions (78).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen, bei denen der Soll-Lambdawert (Lsoll) gleich dem vorgegebenen Lambdawert (Lreg) gesetzt wird (78), dann vorliegen, wenn der nach unten begrenzte Soll-Lambdawert (Lbg) und der vorgegebene Lambdawert (Lreg) jeweils höchstens gleich 1 sind.6. The method according to claim 5, characterized in that the operating conditions in which the target lambda value (Lset) is set equal to the predetermined lambda value (Lreg) (78) are present when the target lambda value (Lbg) limited at the bottom and the predetermined lambda value (Lreg) are at most equal to 1.
7. Computerprogramm, dadurchr-gekennzeichnet , dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.7. Computer program, characterized in that it is suitable for carrying out the method according to one of the preceding claims when it is executed on a computer.
8. Computerprogramm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist. 8. Computer program according to claim 8, characterized in that it is stored on a memory, in particular on a flash memory.
9. Steuer- und/oder Regelgerat (44) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 7 oder 8 abgespeichert ist.9. control and / or regulating device (44) for operating an internal combustion engine (10), characterized in that it comprises a memory on which a computer program according to one of claims 7 or 8 is stored.
10. Brennkraftmaschine (10), mit einem Brennraum (14), mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32) , mit einer Einrichtung (20) zur Einstellung der in den Brennraum (14) gelangenden Luftmasse, mit einem Luftmassensensor (22) im Ansaugbereich (18), mit einem NOx-Speicherkatalysator (28), und mit einem Steuer- und/oder Regelgerät (44), welches die Brennkraftmaschine (10) so steuert bzw. regelt, dass Kraftstoff in einer ersten Betriebsart und in einer zweiten Betriebsart in einen Brennraum (14) gelangt, wobei sich ein vorgegebener Lambdawert (Lreg) in der zweiten Betriebsart von jenem in der ersten Betriebsart unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerat (44) nach Anspruch 9 umfasst. 10. Internal combustion engine (10), with a combustion chamber (14), with a fuel injection device (32), with a device (20) for adjusting the air mass entering the combustion chamber (14), with an air mass sensor (22) in the intake area ( 18), with a NOx storage catalytic converter (28), and with a control and / or regulating device (44) which controls the internal combustion engine (10) in such a way that fuel in a first operating mode and in a second operating mode Combustion chamber (14) arrives, wherein a predetermined lambda value (Lreg) in the second operating mode differs from that in the first operating mode, characterized in that it comprises a control and / or regulating device (44) according to claim 9.
PCT/DE2003/002098 2002-07-31 2003-06-24 Method, computer program, and control device and/or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine WO2004016929A1 (en)

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DE10234849A DE10234849A1 (en) 2002-07-31 2002-07-31 Combustion engine control method, in which its output torque and combustion chamber lambda value are regulated in two different operating modes, with priority given to maintaining a constant set torque

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