WO2005001266A1 - Verfahren zur steuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2005001266A1
WO2005001266A1 PCT/EP2004/050574 EP2004050574W WO2005001266A1 WO 2005001266 A1 WO2005001266 A1 WO 2005001266A1 EP 2004050574 W EP2004050574 W EP 2004050574W WO 2005001266 A1 WO2005001266 A1 WO 2005001266A1
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lambda
injection
value
band
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PCT/EP2004/050574
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Hans-Peter Rabl
Hong Zhang
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an internal combustion engine, with a fuel injection, a NOx sensor and a lambda sensor.
  • the formation of the pollutants in the exhaust gas is mainly determined by the fuel injection quantity, the cylinder charge and an exhaust gas recirculation, if present, in order to reduce the NOx emission and by
  • exhaust gas recirculation is used, for example.
  • the amount of exhaust gas returned reduces the oxygen concentration and increases the specific heat capacity of the load. Both influences lower the peak combustion temperature and therefore lead to a reduction in NOx emissions.
  • the disadvantage here is that the increase in the exhaust gas recirculation rate increases the particle emission. This phenomenon is known and is known as the NOx particle trade-off.
  • the amount of fuel injected can deviate from the specified target value if the fuel pressure does not correspond to the target value, which can occur, for example, due to measurement inaccuracies of the pressure sensor.
  • the increase in fuel pressure leads to an increased injection quantity, which increases both particle emissions and NOx emissions.
  • a drift occurs at the injection valves over the running time, which leads to a change in the injection quantity and thus changes the emission values.
  • the individual cylinders there are additional tolerances for the individual control of the injection quantity by the injection valves. To ensure that the emission limit values can be met, high demands are placed on component scattering over the service life, which significantly increases the costs for component production.
  • the invention is based on the object of providing a method for controlling an internal combustion engine which, with simple means, makes it possible to operate the internal combustion engine with low emission values, in particular with regard to the NOx emission and the particle emission.
  • a value for the air ratio is measured in a first step and compared with a target value.
  • the setpoint is calculated using a lambda model.
  • a measured NOx value is compared with a setpoint value of a NOx
  • the lambda model and the NOx model calculate the respective target values for an operating point of the internal combustion engine.
  • the control is now dependent on the comparison.
  • the multiple injection is changed if the lambda deviation lies within a first lambda band and the NOx deviation likewise lies within a first NOx band.
  • an intervention takes place via the injection, in particular via the injection pattern and the amount of fuel injected afterwards, if the deviation from the target value is less than a first threshold value and greater than one second threshold is.
  • the first and second threshold values each form a band of permissible values around the setpoint.
  • second bands for lambda and NOx values are defined according to the invention. If the deviation of the measured lambda values and NOx values lies within the second bands, an intervention follows via changes in exhaust gas recirculation, fresh air supply, injection quantity and / or boost pressure.
  • a multiple injection consists of several individual injections, each of which is defined by an injection quantity and its respective injection time.
  • the injection time in this case comprises the start of injection and the injection duration, which in turn is linked to the injection quantity.
  • the defined first and second bands for the lambda and NOx values are preferably disjoint, that is to say they have no common values.
  • an amount of fuel is preferably injected after a main injection or the amount injected is changed, the amount of post-injected fuel being less than the amount of fuel introduced during the main injection. It is also possible for the main injection to be preceded by one or more injections.
  • the amount of post-injected fuel is selected such that the emissions assume a minimum.
  • the sum of the NOx and particle emissions is preferably turned off, the sum also being weighted.
  • This process step is based on the knowledge that multiple injection is a method for reducing particle and NOx emissions. With a change in the emission via the multiple injection, the possibility is created to set a target value for the NOx emission.
  • the changes in particular the changes in the post-injection cylin 2003P02153
  • the model for the lambda or NOx values yields a lambda setpoint value that corresponds to a minimum NOx emission and a minimum particle emission.
  • FIGS. la, lb the dependence of the particle emission on NOx emission or on the lambda value in the event of an intervention in the exhaust gas recirculation rate, intake air throttling, injection quantity and / or the boost pressure
  • Fig. 5 is a flowchart for NOx control
  • Fig. 6 is a flowchart for p ⁇ orization of the interventions.
  • Figure la shows the relationship between particle and NOx emissions for the internal combustion engine.
  • the exemplary operating point 12 shifts in the direction of B.
  • a reduction in the exhaust gas recirculation rate and / or a reduction in the intake air throttling and / or a reduction in the injection quantity and / or the reduction in the boost pressure move the Working point 12 in the direction of A, which leads to an increase in NOx emission and a reduced particle emission.
  • the operating point 12 is characterized by a lambda value. According to FIG. 1, a predetermined lambda target value leads to a target value 14 for the NOx emission and a target value 16 for the particle emission.
  • the operating point 12 is additionally characterized by the speed, load, temperature and injection.
  • Fig. Lb shows the setting of the target value for the particle emission via the lambda value.
  • the measured La bda value is forwarded to an evaluation unit 28 which takes into account the change over time in the lambda values.
  • the measured lambda value 26 is forwarded to an emission model 32 together with the current engine operating variables 30.
  • the emission model 32 uses a lambda model 34 to determine the change over time for the lambda value and its absolute magnitude.
  • the lambda model 34 generates a desired lambda model value 36, which is applied to the query 40 together with the lambda value 38.
  • Query 40 checks whether:
  • SW1 and SW2 are two engine-specific threshold values.
  • Query 40 checks whether the deviation of the lambda values lies within a predetermined interval. If the values lie outside the interval, an intervention takes place in step 42 to regulate the current lambda measured value to the predefined model value.
  • the intervention 42 is limited to the possibilities of exhaust gas recirculation, intake air throttling, the intervention via the injection quantity and the boost pressure.
  • step 26 the method returns to step 26 in order to measure the current lambda value again. If there is a signal for the engine stop 44, the values set in the course of the method are stored for the later operation of the internal combustion engine in order to achieve an adaptation over the service life.
  • Fig. 5 shows the NOx control.
  • a NOx measurement is carried out via a NOx sensor 50.
  • the measured value is processed in a NOx evaluation unit 52, taking into account its time profile, in particular smoothed.
  • the measured NOx value 50 is also forwarded to an emission model 54.
  • a set of engine operating variables 56 is also present on the emission model 54.
  • the value for the NOx target value output by the emission model 54 is processed in step 56 with regard to its temporal course and its absolute value to the NOx model target value 58.
  • the NOx value 60 from the NOx evaluation device 52 and the NOx model setpoint are compared with one another in the query 62.
  • Query 62 checks whether:
  • the method according to the invention is based on a common lambda / NOx emission model 70, against which the current engine operating variables 72, the measured lambda value 74 and the measured NOx value 76 are applied. Because of the connection with FIGS. 1 and 2 described relationships 2003P02153
  • Model 70 calculates a lambda deviation ⁇ and a NOx deviation ⁇ NOx between NOx and particle emissions. When determining the deviations, the optimal value to be achieved is specified in model 70.
  • a subsequent query 72 checks whether:
  • threshold values SW5 to SW8 lead to one or more of the interventions listed in step 74, which relate to the exhaust gas recirculation rate, the intake air throttling and the injection quantity.
  • the deviations determined in the emission model 70 are checked in the query 76 to determine whether: SW9 ⁇ h ⁇ ⁇ SW10 and
  • SW 11 ⁇ NOx ⁇ SW12 whereby SW9 to SW12 are specific threshold values. If it is determined in query 76 that the deviations from lambda and NOx lie within the threshold value intervals, then the injection pattern is followed in step 78, i.e. the number of injections and their timing or amount of fuel in the injection quantities is changed.
  • step 80 If the queries 72 and 76 show that the deviations are not within the band, a control is carried out in a manner known per se via step 80.
  • the method according to the invention consists of two parts: in a first part, the fuel is generated via the lambda signal 2003P02153
  • the NOx sensor signal is used to diagnose, regulate and adapt the exhaust gas recirculation rate and multiple injection with regard to low emissions:
  • a global or cylinder-specific lambda control can be carried out to an emission-optimal, operating point-dependent setpoint. Global intervention is therefore taking place in the air path.
  • a bank or even cylinder-specific regulation to bank or cylinder-specific fuel ratios is carried out.
  • the injection quantity can first be adjusted so that the target value of the global or bank or cylinder-specific fuel-air ratio is reached.
  • the intervention via injection generally takes place globally or individually for each bank or cylinder, as does intervention in the air path.
  • the injection quantity tolerances of the injection valves can be selected by means of cylinder-specific measurements of the air-fuel ratio and by correcting the injection times, the setpoint of the cylinder-specific power / air mixture can be regulated.
  • a lambda and a NO x setpoint are regulated by intervening in exhaust gas recirculation, intake air throttling, fuel injection quantity and boost pressure. This achieves a balance between particle and NO x emissions.
  • the regulation to the lambda setpoint (FIG. 4) and the No x setpoint (FIG. 5) are coupled via models 34 and 56.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem durch die Verwendung einer Nacheinspritzung sowohl eine NOx-Emission als auch eine Partikel-Emission vermindert wird.

Description

2003P02153
Beschreibung
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffeinspritzung, einem NOx-Sensor und einer Lambdasonde.
Bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren, wird die Bildung der Schadstoffe im Abgas, insbesondere die Partikelkonzentration und die NOx-Konzentration hauptsachlich durch die Kraftstoff-Einspritzmenge, die Zylinderladung und eine Abgasruckfuhrung, sofern vorhanden, bestimmt, um die NOx-Emission zu senken und um damit die Abgasgrenzwerte si- eher einhalten zu können, wird beispielsweise eine Abgasruckfuhrung eingesetzt. Mit der zurückgeführten Abgasmenge wird die Sauerstoffkonzentration vermindert und die spezifische Wärmekapazität der Ladung erhöht. Beide Einflüsse senken die Verbrennungsspitzentemperatur und fuhren daher zu einer Ver- ringerung der NOx-Emission. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Erhöhung der Abgasruckfuhrrate die Partikelemission ansteigen lasst. Dieses Phänomen ist bekannt und wird als NOx- Partikel-Trade-Off bezeichnet. Für einen emissionsoptimalen Betrieb der Brennkraftmaschine muss also ein Kompromiss für eine NOx-Reduzierung bei geringem Anstieg der Partikelemission gesucht werden. Um dies erreichen zu können ist es erforderlich, betriebspunktabhangig den Sollwert der Abgasruckluhrrate exakt einzustellen. Die tatsachliche Abgasruckfuhrrate kann von der vorgegebenen Ab- gasruckfuhrrate abweichen, ohne dass dies von einem Luftmassenmesser mit ausreichender Genauigkeit bemerkt und ausgeregelt werden kann. Die Ungenauigkeit der Einstellung bei der Abgasruckfuhrrate wirkt sich in der Regelung global für sa t- liehe Zylinder aus . Die ungenaue Einstellung ergibt sich beispielsweise aus den Unsicherheiten bei der Messung der ange 2003P02153
2 saugten Luftmasse durch den Luftmassenmesser und kann zur erhöhten NOx- und Partikel-Emission führen.
Bereits geringe Abweichungen bei der Messung des Luftmassenstroms führen zu großen Abweichungen bei den Emissionswerten. Messungen haben gezeigt, dass bei einer Toleranz des Luftmassenmessers von ± 4% die NOx-Emission um bis zu 27% (bei zu hohem Luftmassenstrom) und die Partikelemission um bis zu 60% (bei zu geringem Luftmassenstrom) ansteigen.
Neben diesen Unsicherheiten im Luftpfad treten weitere Unsicherheiten im Kraftstoffpfad auf, die sich ebenfalls negativ auf die Abgasemission auswirken und nicht ausreichend genau diagnostiziert werden können. Beispielsweise kann die einge- spritzte Kraftstoffmenge vom vorgegebenen Sollwert abweichen, wenn der Kraftstoffdruck nicht dem Sollwert entspricht, was beispielsweise aufgrund von Messungenauigkeiten des Drucksensors auftreten kann. Die Erhöhung des Kraftstoffdrucks führt zu einer erhöhten Einspritzmenge, wodurch sowohl Partikel- emission als auch NOx-Emission erhöht werden. Weiterhin tritt über die Laufzeit eine Drift an den Einspritzventilen auf, die zu einer Veränderung der Einspritzmenge führt und damit die Emissionswerte ändert. Für die einzelnen Zylinder ergeben sich Toleranzen bei einer individuellen Steuerung der Ein- spritzmenge zusätzliche durch die Einspritzventile. Damit die Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können, werden hohe Anforderungen an die Bauteilstreuung auch über die Lebensdauer gesetzt, was die Kosten für die Bauteilfertigung deutlich erhöht .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln die Möglichkeit schafft, die Brennkraftmaschine mit niedrigen Emissionswerten zu betreiben, insbeson- dere im Hinblick auf die NOx-Emission und die Partikelemission. 2003P02153
3 Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt ein Wert für die Luftzahl, sogenannter Lambdawert, gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Der Sollwert wird durch ein Lambda-Modell berechnet. In einem zweiten Schritt, der auch gleichzeitig mit dem ersten Schritt erfolgen kann, wird ein gemessener NOx-Wert mit einem Sollwert eines NOx-
Modells verglichen. Das Lambda-Modell und das NOx-Modell berechnen die jeweiligen Sollwerte für einen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Die Steuerung erfolgt nun abhängig von dem Vergleich. Erfindungsgemäß erfolgt eine Änderung der Mehrfacheinspritzung, wenn die Lambdaabweichung innerhalb eines ersten Lambdabandes und die NOx-Abweichung ebenfalls innerhalb eines ersten NOx-Bandes liegt. Mit anderen Worten bedeutet dies, zur Regelung des Lambdawertes und der NOx- Emission erfolgt ein Eingriff über die Einspritzung, insbe- sondere über das Einspritzmuster und die Menge an nacheingespritztem Kraftstoff, wenn die Abweichung von dem Sollwert kleiner als ein erster Schwellenwert und größer als ein zweiter Schwellenwert ist. Erster und zweiter Schwellenwert bilden jeweils ein Band von zulässigen Werten um den Sollwert. Zusätzlich zu dem ersten Band von Lambdawerten und NOx-Werten sind erfindungsgemäß zweite Bänder für Lambda- und NOx-Werte definiert. Liegt die Abweichung der gemessenen Lambdawerte und NOx-Werte innerhalb der zweiten Bänder, so folgt ein Eingriff über Änderungen von Abgasrückführung, Frischluftzufuhr, Einspritzmenge und/oder Ladedruck.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zur Optimierung von NOx- und Partikel-Emission abhängig von den Werten für die Abweichung auf unterschiedliche Eingriffsmöglichkeiten zurückgegriffen. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Eingriff über die Einspritzung, insbesondere über die Mehrfacheinspritzung, einen sehr effektiven An 2003P02153
4 satz zur Reduzierung der NOx- und der Partikelemission darstellt, der den bekannten NOx-Partikel-Trade-θff vermeidet.
Eine Mehrfacheinspritzung besteht aus mehreren Einzelein- spritzungen, die jeweils definiert sind durch eine Einspritz- menge und ihre jeweilige Einspritzzeit. Die Einspritzzeit um- fasst hierbei den Einsetzzeitpunkt der Einspritzung und die Einspritzdauer, die wiederum mit der Einspritzmenge verknüpft ist.
Bei der Auswahl, ob ein Eingriff über die Mehrfacheinspritzung erfolgt, sind die definierten ersten und zweiten Bander für die Lambda- und NOx-Werte bevorzugt disjunkt, besitzen also keine gemeinsamen Werte.
Zur Änderung der Nacheinspritzung wird bevorzugt eine Menge an Kraftstoff nach einer Haupteinspritzung eingespritzt oder die eingespritzte Menge geändert, wobei die Menge an nacheingespritztem Kraftstoff geringer als die bei der Hauptein- spritzung eingebrachte Kraftstoffmenge ist. Auch ist es möglich, dass der Haupteinspritzung eine oder mehrere Einspritzungen vorausgehen .
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird die Menge an nach- eingespritztem Kraftstoff derart gewählt, dass die Emissionen ein Minimum annehmen . Bevorzugt wird hierbei die Summe der Nox- und Partikel-Emissionen abgestellt, wobei die Summe auch gewichtet sein kann. Diesem Verfahrensschritt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Mehrfacheinspritzung eine Methode zur Verringerung von Partikel- und NOx-Emission ist. Mit einer Änderung die Emission über die Mehrfacheinspritzung, wird die Möglichkeit geschaffen, einen Sollwert für die NOx- Emission einzustellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgen die Änderungen, insbesondere die Änderungen bei der Nacheinspritzung zylin 2003P02153
5 derspezifisch. Auch ist es möglich, die Änderungen f r definierte Gruppen von Zylindern oder bankweise vorzunehmen.
Das Modell für die Lambda- bzw. NOx-Werte ergibt abhangig für den aktuellen Messwert, für den Betriebspunkt, charakterisiert durch Drehzahl, Last, Temperatur und Einspritzung, einen Lambda-Sollwert vor, der einer minimalen NOx-Emission und einer minimalen Partikelemission entspricht. Das erfindungsgemaße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert. Es zeigt:
Fign. la, lb die Abhängigkeit der Partikelemission von NOx- Emission bzw. von dem Lambdawert bei einem Eingriff in die Abgasruckfuhrrate, Ansaugluftdrosselung, Einspritzmenge und/oder dem Ladedruck,
Fig. 2 ein qualitatives Diagramm zur Abhängigkeit von Partikel- und NOx-Emission bei Änderung der Mehrfacheinspritzung,
Fig. 3 die Emission von NOx und Partikeln abhangig von einer nacheingespritzten Kraftstoffmenge,
Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Lambda-Regelung,
Fig. 5 ein Flussdiagramm zur NOx-Regelung und
Fig. 6 ein Flussdiagramm zur Pπorisierung der Eingriffe .
Figur la zeigt den Zusammenhang zwischen Partikel- und NOx- Emission für die Brennkraftmaschine. Eine Erhöhung der Abgas- ruckfuhrrate und/oder eine Drosselung der Ansaugluft und/oder eine Erhöhung der Einspritzmenge fuhren zur Erhöhung der Partikelmenge und einer Reduzierung der NOx-Emission. Entlang 2003P02153
6 der in Figur la dargestellten Kurve 10 verschiebt sich hierbei der beispielhaft dargestellte Arbeitspunkt 12 in Richtung von B. Eine Verringerung der Abgasruckfuhrrate und/oder eine Verringerung der Ansaugluftdrosselung und/oder eine Verringe- rung der Einspritzmenge und/oder der Verringerung des Ladedrucks bewegen den Arbeitspunkt 12 in Richtung von A, was zu einer Erhöhung der NOx-Emission und zu einer verringerten Partikelemission fuhrt. Der Arbeitspunkt 12 ist durch einen Lambda-Wert gekennzeichnet. Ein vorgegebener Lambda-Sollwert fuhrt also gemäß Fig. 1 zu einem Sollwert 14 für die NOx- Emission und einen Sollwert 16 für die Partikel-Emission. Der Arbeitspunkt 12 ist zusatzlich durch die Drehzahl, Last, Temperatur und Einspritzung gekennzeichnet. Fig. lb zeigt die Einstellung des Sollwerts für die Partikelemission über den Lambdawert.
Fig. 2 zeigt den qualitativen Zusammenhang zwischen NOx- Emission und Partikel-Emission im Kontext der Nacheinspritzung. Wahrend durch die obengenannten Maßnahmen der Abgas- ruckfuhrung, Ansaugluftdrosselung und Einspritzmenge der Arbeitspunkt 12 lediglich entlang dem Doppelpfeil C verschoben werden kann, fuhrt eine Mehrfacheinspritzung, beispielsweise durch Nacheinspritzung einer kleinen Kraftstoffmenge zu einem neuen Arbeitspunkt 18. Es erfolgt hierbei eine Verschiebung des Arbeitspunkts, die mit einer gleichzeitigen Reduzierung von NOx-Emissionen und Partikel-Emissionen verbunden ist.
Die Wirkung der Nacheinspritzung ist in Fig. 3 noch einmal zusammengefasst . Hier ist die Gesamtemission über der Menge an nacheingespritztem Kraftstoff aufgetragen. Erfolgt keine Nacheinspritzung, die nacheingespritzte Kraftstoffmenge entspricht 0, so liegt für die Emission ein Basiswert 20 vor. Wird die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs erhöht, so fallt bis zu einem Wert 22 die Gesamtemission. Mit Hinblick auf Fig. 2 bedeutet dies, dass die Arbeitspunkte sich in
Richtung des Pfeils D verschieben und die Emissionswerte so 2003P02153
7 wohl für Nθx als auch die Partikel-Emission vermindert werden.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Regelung der Lambda-Werte. Nach einem Motorstart 24 erfolgt eine Messung des Lambda-
Werts 26. Der gemessene La bda-Wert wird an eine Auswerteeinheit 28 weitergeleitet, die die zeitliche Veränderung der Lambda-Werte berücksichtigt. Ebenfalls wird der gemessene Lambda-Wert 26 zusammen mit den aktuellen Motorbetriebsgroßen 30 an ein Emissionsmodell 32 weitergeleitet. Das Emissionsmodell 32 bestimmt über ein Lambda-Modell 34 die zeitliche Veränderung für den Lambda-Wert und dessen absolute Große. Das Lambda-Modell 34 generiert einen Lambda-Modell-Sollwert 36, der gemeinsam mit dem Lambda-Wert 38 an der Abfrage 40 an- liegt. In der Abfrage 40 wird überprüft, ob:
SW1 < λ_Wert - λ_Modell_Soll < SW2,
wobei SW1 und SW2 zwei motorspezifische Schwellenwerte sind.
Mit der Abfrage 40 wird überprüft, ob die Abweichung der Lambda-Werte innerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegen. Liegen die Werte außerhalb des Intervalls, so erfolgt in Schritt 42 ein Eingriff, um den aktuellen Lambda-Messwert auf den vorgegebenen Modellwert zu regeln. Der Eingriff 42 beschrankt sich hierbei auf die Möglichkeiten der Abgasruckfuh- rung, der Ansaugluftdrosselung, den Eingriff über die Einspritzmenge und den Ladedruck.
So lange das Kraftfahrzeug betrieben wird, kehrt das Verfahren zu Schritt 26 zurück, um erneut den aktuellen Lambda-Wert zu messen. Erfolgt ein Signal für den Motorstop 44, werden für den spateren Betrieb der Brennkraftmaschine die im Laufe des Verfahrens eingestellten Werte gespeichert, um so eine A- daption über die Lebensdauer zu erzielen. 2003P02153
Fig. 5 zeigt die NOx-Regelung. Nach einem Motorstart 48 erfolgt über einen NOx-Sensor 50 eine NOx-Messung. Der gemessene Wert wird in einer NOx-Auswerteeinheit 52 unter Berücksichtigung seines zeitlichen Verlaufs verarbeitet, insbeson- dere geglättet. Ebenfalls wird der gemessene NOx-Wert 50 an ein Emissionsmodell 54 weitergeleitet. An dem Emissionsmodell 54 liegt zusatzlich ein Satz von Motorbetriebsgroßen 56 an. Der von dem Emissionsmodell 54 ausgegebene Wert für den NOx- Sollwert wird in Schritt 56 im Hinblick auf seinen zeitlichen Verlauf und seinen absoluten Wert zu dem NOx-Modell-Sollwert 58 verarbeitet.
Der NOx-Wert 60 aus der NOx-Auswerteeinrichtung 52 und der NOx-Modell-Sollwert werden in der Abfrage 62 miteinander ver- glichen. Die Abfrage 62 überprüft, ob:
SW3 < NOx-Wert - NOx-Modell-Sollwert < SW4, wobei SW3 und SW4 motorspezifische Schwellenwerte sind. Liegt die Abweichung nicht innerhalb des vorbestimmten Intervalls, so erfolgt in Schritt 64 ein Eingriff zur Regelung der NOx- Emission. Bei dem Eingriff 64 wird zusatzlich zu den bei der Lambda-Regelung vorgesehenen Eingriffen 42 auch ein Eingriff in das Einspritzmuster, d.h. die Anzahl der Einspritzungen und/oder die Einspritzzeitpunkte vorgenommen. Nach dem Eingriff 64 kehrt das Verfahren wieder zu seinem Ausgangspunkt zur ck, wo eine erneute NOx-Messung erfolgt.
Bei einem Motorstop 66 werden die adaptierten Werte abgespei- chert .
Fig. 6 zeigt nunmehr den Ablauf des erfindungsgemaßen Verfahrens naher. Das erfindungsgemaße Verfahren geht von einem gemeinsamen Lambda/NOx-Emissionsmodell 70 aus, an dem die aktu- eilen Motorbetriebsgroßen 72, der gemessene Lambda-Wert 74 und der gemessene NOx-Wert 76 anliegen. Aufgrund der im Zusammenhang mit den Fign. 1 und 2 geschilderten Zusammenhange 2003P02153
zwischen NOx- und Partikel-Emission erfolgt in Modell 70 die Berechnung einer Lambda-Abweichung Δ und einer NOx- Abweichung ΔNOx. Bei der Bestimmung der Abweichungen wird in Modell 70 der zu erzielende optimale Wert vorgegeben.
In einer nachfolgenden Abfrage 72 wird überprüft, ob:
SW5 < λ < SW6 und SW7 < ΔNOx < SW8,
wobei die Schwellenwerte SW5 bis SW8 zu einem oder mehreren der in Schritt 74 aufgelisteten Eingriffe führt, die die Abgasruckfuhrrate, die Ansaugluftdrosselung und die Einspritz- menge betreffen.
Die in dem Emissionsmodell 70 bestimmten Abweichungen werden in der Abfrage 76 dahingehend überprüft, ob: SW9 < h λ < SW10 und
SW 11 < ΔNOx < SW12, wobei SW9 bis SW12 spezifische Schwellenwerte sind. Wird in der Abfrage 76 festgestellt, dass die Abweichungen von Lambda und NOx innerhalb der Schwellenwertintervalle liegen, so wird in Schritt 78 nachfolgend über das Einspritzmuster eingegriffen, d.h. die Anzahl der Einspritzungen sowie deren Zeitpunkt oder Menge an Kraftstoff bei den Einspritzmengen wird gean- dert.
Ergeben die Abfragen 72 und 76, dass die Abweichungen nicht innerhalb der Bander liegt, so wird über Schritt 80 in an sich bekannter Weise eine Regelung durchgeführt.
Das erfindungsgemaße Verfahren besteht aus zwei Teilen: In einem ersten Teil wird über das Lambda-Signal das Kraftstoff 2003P02153
10 luftverhaltnis betrachtet, um damit in den Kraftstoff- und/oder Luftpfad so einzugreifen, damit der globale/zylinderindividuelle Sollwert betπebspunktabhangig erreicht wird.
In einem zweiten Teil erfolgt über das NOx-Sensorsignal die Diagnose, Regelung und Adaption der Abgasruckfuhrrate und der Mehrfacheinspritzung im Hinblick auf niedrige Emission:
M t Kenntnis des Kraftstoff-Luftverhaltnisses kann eine globale- oder zylinderindividuelle Lambda-Regelung auf einen e- missionsoptimalen, betriebspunktabhangigen Sollwert durchgeführt werden. In den Luftpfad wird also global eingegriffen. In einer Weiterentwicklung ist es denkbar, dass eine bank- o- der sogar zylinderindividuelle Regelung auf bank- bzw. zylinderindividuelle Kraftstoffverhaltnisse durchgeführt wird. Weiterhin, insbesondere wenn es um einen schnellen Eingriff in das Kraft-Luftverhaltnis geht, kann zuerst die Einspritzmenge so angepasst werden, dass der Sollwert des globalen o- der bank- oder zylinderindividuellen Kraftstoff-Luftverhaltnis erreicht wird. Dabei erfolgt der Eingriff über die Einspritzung in der Regel global oder bank- oder zylinderindividuell wie auch beim Eingriff in den Luftpfad.
Die Einspritzmengentoleranzen der Einspritzventile können durch zylinderindividuelle Messungen des Kraftstoff-Luftver- haltnisses selektiert und durch Korrektur der Einspritzzeiten kann auf den Sollwert des zylinderindividuellen Kraft-/Luft- gemisches geregelt werden.
Mit der Kenntnis der NOx-Emission kann eine Diagnose von Abgasruckfuhrrate und Mehrfacheinspritzung im Hinblick auf die Sollwerte der Emission vorgenommen werden. Auf den NOx-Soll- wert kann direkt geregelt werden, die Partikel-Emissionen werden über die NOx-Partikel-Emissionszusammenhange erfasst. 2003P02153
11 An dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wichtig, dass auf eine Lambda- und auf einen NOx-Sollwert geregelt wird, indem Eingriffe in Abgasrückführung, Ansaugluftdrosselung, Kraftstoffeinspritzmenge und Ladedruck erfolgen. Damit wird eine Balance zwischen Partikel- und NOx-Emission erreicht. Die Regelung auf den Lamdasollwert (Fig. 4) und den Nox-Sollwert (Fig. 5) sind über die Modelle 34 und 56 gekoppelt.

Claims

2003P0215312 Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffeinspritzung, einem NOx-Sensor und einer La bda-Sonde, das die folgenden Schritte aufweist:
- In einem ersten Schritt wird ein gemessener Lambda-Wert (26) mit einem Sollwert (36) eines Lambda-Modells (32, 34 ) verglichen, - in einem zweiten Schritt wird ein gemessener NOx-Wert (50) mit einem Sollwert (58) eines NOx-Modells (54, 56) verglichen, - wobei das Lambda-Modell (32, 34) und das NOx-Modell (34, 56) die jeweiligen Sollwerte für einen Betriebspunkt (30, 56) der Brennkraftmaschine bestimmen, - abhängig von dem Vergleich erfolgt eine Änderung einer Mehrfacheinspritzung, wenn die La bda-Abweichung innerhalb eines ersten Lambda-Bandes und die NOx-Abweichung innerhalb eines ersten NOx-Bandes liegt (76) , und es er- folgt eine Änderung einer Abgasrückführung und/oder einer Frischluftzufuhr und/oder einer Einspritzmenge (74) und/oder eines Ladedrucks, wenn die Lambda-Abweichung innerhalb eines zweiten Lambda-Bandes und die NOx- Abweichung innerhalb eines zweiten NOx-Bandes (72) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lambda-Band und das zweite Lambda-Band keine gemeinsamen Werte aufweist ebenso wie das erste NOx-Band und das zweite NOx-Band.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Mehrfacheinspritzung eine Menge an Kraftstoff nach einem Haupteinspritzvorgang einspritzt oder die nacheingespritzte Menge geändert wird, wobei die Menge an nacheingespritztem Kraftstoff geringer als die 2003P02153
13 bei der Haupteinspritzung eingebrachte Kraftstoffmenge ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupteinspritzung ein oder mehrere Einspritzvorgange vorausgehen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an nacheingespritztem Kraftstoff derart gewählt ist, dass die Emissionen ein Minimum annehmen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abhangig von dem Vergleich vorgenommene Änderung zylinderspezifisch erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abhangig von dem Vergleich vorgenommene Änderung für eine Gruppe von Zylindern erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lambda-Modell (54, 56) abhangig von Drehzahl, Last, Temperatur, Einspritzung und gemessenem Lambda-Wert einen Lambda-Sollwert (58) vorgibt, der einer minimalen NOx-Emission und einer minimalen Parti- kel-Emission entspricht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das NOx-Modell (32, 34) abhangig von Drehzahl, Last, Temperatur, Einspritzung und gemessenem NOχ-Wert einen NOx-Sollwert vorgibt, der einer minimalen NOx-Emission und einer minimalen Partikel-Emission entspricht.
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