WO2023173155A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

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WO2023173155A1
WO2023173155A1 PCT/AT2023/060076 AT2023060076W WO2023173155A1 WO 2023173155 A1 WO2023173155 A1 WO 2023173155A1 AT 2023060076 W AT2023060076 W AT 2023060076W WO 2023173155 A1 WO2023173155 A1 WO 2023173155A1
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Paul Kapus
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    • F02M2700/1394—Knock sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which exhaust gas is recirculated from an exhaust system into an inlet system at least in an operating range via at least one EGR valve and at least one exhaust gas recirculation line, with basic values for an EGR amount of recirculated exhaust gas and / or an Opening of an EGR valve can be specified in an engine map of the internal combustion engine and a corrective measure for the EGR amount is carried out by measuring the speed of the internal combustion engine and determining a speed difference and / or a degree of rotational irregularity within a defined observation period and the EGR amount of recirculated exhaust gas is reduced if the speed difference and/or the degree of rotational irregularity exceeds a defined threshold value.
  • the invention also relates to an internal combustion engine for carrying out such a method.
  • EGR control is used in current internal combustion engines. This usually uses the measured values of a differential pressure sensor via the EGR valve, the flow characteristic of the EGR valve depending on the pressure difference and the EGR temperature for control.
  • This EGR control can keep the EGR rate constant in a range of around +/- 3%, but it cannot reduce the EGR amount when the engine is running poorly or increase the EGR amount when there is knocking.
  • the ignition timing is regulated. When knocking events occur, the ignition angle is reduced, i.e. the ignition angle is retarded. When the knocking stops again, the ignition angle is regulated back to the original map value.
  • a sensor is used for control that measures vibrations on the engine that are caused by knocking.
  • the knock control can prevent knocking and subsequent damage, but cannot regulate the internal combustion engine - especially with external exhaust gas recirculation - to the best possible operating point for consumption.
  • the smooth running of the internal combustion engine is evaluated for diagnosis.
  • the degree of rotational irregularity of the crankshaft is calculated - for example from the signals from a speed sensor formed by a 60-2 sensor wheel. If there is a certain degree of rotational irregularity, it is assumed that this is due to misfiring during combustion. These misfires are counted. After a certain number of misfires, damage to the catalytic converter can be expected, and the driver will then be asked to go to a workshop.
  • US 3,872,846 A describes a control system for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation, wherein the rotational irregularity of the internal combustion engine is controlled in a defined range.
  • the control system receives a rotational irregularity signal and uses it to generate a control signal to change the position of the exhaust gas recirculation valve. This is intended to set the maximum possible amount of recirculated exhaust gas at a defined permissible maximum degree of non-uniformity. If the engine runs very smoothly, the EGR amount is reduced and if the engine runs smoothly, the EGR amount is increased.
  • the object of the invention is to improve the EGR control and to include the operating parameters that arise in the control in the best possible way. This means that control is possible not only at partial load, but also at high loads including full load.
  • the problem is solved according to the invention by a method mentioned at the beginning in that the combustion of the internal combustion engine is monitored with regard to knocking and the amount of exhaust gas is increased when at least one knocking event is detected - preferably via at least one knock sensor - and a defined value for the at least one detected Knock events and/or a defined knock control depth is exceeded.
  • the combustion is therefore monitored in relation to knocking and in relation to smooth running and the amount of exhaust gas is increased if at least one knocking event is detected while running is satisfactory and a defined value for the at least one detected knocking event and/or a defined knock control depth is exceeded. If the engine runs too smoothly and combustion does not knock at the same time, the amount of exhaust gases recirculated is reduced.
  • the change in engine speed is observed over a defined period of time. If the engine speed change exceeds a defined value, the EGR quantity is reduced.
  • the control can take place via an EGR controller, for example a PI controller or an I controller.
  • EGR quantity can be increased. This can be done, for example, by further opening the EGR valve.
  • the amount of EGR can be further increased by closing the pre-throttle valve, which is located in the intake system upstream of a mouth of the exhaust gas recirculation line. Closing the pre-throttle valve increases the pressure difference to the EGR line and thus the EGR throughput.
  • an EGR valve arranged in the exhaust gas recirculation is advantageously opened.
  • a pre-throttle valve is closed, which is arranged in the intake system upstream of an opening of the exhaust gas recirculation line into the intake system.
  • the position of the EGR valve and/or the position of the pre-throttle valve depends at least an operating parameter is corrected, the operating parameter preferably being selected from the following group: operating mode of an electric exhaust gas turbocharger; Pressure ratio across the EGR valve; Loading a particle filter arranged in the exhaust system.
  • the opening position of the EGR valve is further increased when the electric exhaust gas turbocharger is operated by the engine.
  • the opening position of the EGR valve is reduced when the electric exhaust gas turbocharger is operated as a generator.
  • the opening position of the EGR valve is reduced when the pressure ratio of the pressure in the exhaust pipe upstream of the EGR valve to the pressure in the exhaust pipe downstream of the EGR valve is increased.
  • the opening position of the EGR valve is increased when the pressure ratio of the pressure in the exhaust pipe upstream of the EGR valve to the pressure in the exhaust pipe downstream of the EGR valve is reduced. If the pressure difference is too low, this can be increased by closing the pre-throttle valve upstream of the opening of the exhaust gas recirculation line into the intake system.
  • a higher load on a particle filter for gasoline engines (GPF Gasoline Particle Filter) arranged in the exhaust system leads to higher back pressure in the exhaust system. This allows the opening position of the EGR valve to be reduced.
  • GPF Gasoline Particle Filter
  • the ignition timing After the ignition timing has been retarded due to detected knocking, if no further knocking occurs, the ignition timing is advanced again. During this advance adjustment, however, a later ignition angle than that stored in the basic map is still output. This still later ignition angle can be ignored when reducing the EGR rate. When resetting the knock control, no further opening of the EGR valve is necessary.
  • At least one corrective measure of the EGR quantity carried out - preferably several times - is entered in the engine map.
  • the regulation of exhaust gas recirculation is therefore self-learning. This means that repeatedly required corrective measures, which have to be carried out again and again with repeatable configuration of engine parameters, are automatically entered into the engine map by the electronic control unit.
  • the EGR control is selectively activated and deactivated.
  • corrective measures for the EGR quantity are only carried out if • the determined degree of rotational irregularity corresponds to at least a defined minimum degree of rotational irregularity, and/or
  • a current engine load corresponds to at least a defined minimum engine load
  • a current engine speed corresponds to at least a defined minimum engine speed
  • exhaust gas recirculation quantities can be adjusted very close to the optimum, without causing rough engine running or knocking combustion.
  • an internal combustion engine mentioned at the beginning is suitable, in which exhaust gas can be recirculated from an exhaust system into an inlet system at least in one operating range via at least one exhaust gas recirculation line, with a speed sensor for determining a degree of rotational irregularity of the internal combustion engine, wherein the EGR amount of recirculated exhaust gas can be reduced , if the degree of rotational non-uniformity exceeds a defined threshold value for the degree of rotational non-uniformity.
  • the internal combustion engine has at least one knock sensor for detecting knock events during combustion, and that the EGR amount can be increased depending on the occurrence of at least one knock event and / or a defined knock control depth.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 shows a control map for the EGR control
  • FIG. 3 and 4 show an operating diagram of the internal combustion engine during the method according to the invention
  • Fig. 5 shows the method according to the invention in a block diagram.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a spark-ignited internal combustion engine 1 with several cylinders 2, with an intake system 3 and an exhaust system 4, and a low-pressure exhaust gas recirculation system 5 with an exhaust gas recirculation line 6 between the inlet system 3 and the exhaust system 4.
  • the internal combustion engine 1 has an exhaust gas turbocharger 7 with a compressor 9 arranged in the inlet line 8 of the inlet system 3 and an exhaust gas turbine 11 arranged in the outlet line 10 of the outlet system 4.
  • an air mass meter 12 and a pre-throttle valve 13 are arranged upstream of the compressor 9, and an intercooler 14 and a throttle valve 130 are arranged downstream of the compressor 9.
  • a catalytic converter 15 and a particle filter 16 are arranged in the outlet line 10 downstream of the exhaust gas turbine 11.
  • the exhaust gas recirculation line 6 of the exhaust gas recirculation system 5 branches off from the outlet line 10 downstream of the exhaust gas turbine 11 and upstream of the particle filter 16, either upstream of the catalytic converter 15 (see dotted lines) or downstream of the catalytic converter 15 (see solid lines).
  • An EGR cooler 17, an EGR valve 18 and a condensate trap 19 are arranged in the exhaust gas recirculation line 6.
  • a speed sensor 20 for measuring the engine speed n and at least one knock sensor 21 are provided as standard in the internal combustion engine 1, which measures vibrations on the engine that are caused by knock events K.
  • the values measured via the speed sensor 20 and the knock sensor 21 are fed to an electronic control unit 22 for evaluating and regulating the exhaust gas recirculation.
  • At least one map for basic values for the EGR quantity ITI EGR or an EGR valve position is stored in the electronic control unit 22.
  • a control map that, for example, controls an I controller as an output value
  • one axis is described by the smooth running and the second axis by the knock control depth, for example averaged over all cylinders.
  • Fig. 2 shows a control map for the control correction CEGR of the recirculated exhaust gas using the example of an I controller, with the degree of rotational irregularity ö defined by the engine speed fluctuations An within an observation period At of, for example, 50 ms, as the first control axis for the control - which is a measure for the represents smooth running - and the average knock control depth KR is plotted as the second control axis.
  • the lines show I controller parameters. Negative values of the control correction CEGR close the EGR valve 18, positive values of the control correction CEGR open the EGR valve 18: the larger the value, the faster the I controller runs.
  • the degree of rotational non-uniformity ö within an observation period At can be calculated as follows: > n max ⁇ n min nmean with n ma x maximum speed within the observation period At nmin maximum speed within the observation period At, nmean mean speed within the observation period At.
  • the knock control depth KR denotes the value by which the ignition timing must be retarded in order to enable operation of the internal combustion engine 1 without knocking combustion.
  • the knock control depth can be evaluated separately for each cylinder or averaged for all cylinders.
  • FIG. 3 and 4 show an operating diagram of the internal combustion engine 1 during the implementation of the method according to the invention.
  • the parameters are speed n, opening position VEGR of the EGR valve 18, engine load L, inlet pressure Pin (see also Fig. 1), knock control depth KR. and control correction CEGR plotted over time t.
  • Fig. 3 serves to illustrate the measures between times ti and t2 after the occurrence of a knock event.
  • the occurrence of a knock event leads from time ti to an average knock reduction at the knock control depth K of, for example, 2.5 ° CA, as indicated by reference symbol a.
  • the readjustment phase is indicated by arrow b.
  • the knock event causes the EGR controller of the control unit 22 to issue a positive control correction CEGR (see arrow c), which causes the EGR valve 18 to open further (see arrow d).
  • Fig. 4 serves to illustrate the measures during the observation period t2 to ts.
  • the method according to the invention provides that the smooth running and the knock sensor signal are used directly as control input for the EGR control.
  • a second axis is defined for the EGR control, which prevents the internal combustion engine 1 from being supplied with too little recirculated exhaust gas quantity.
  • This second axis is the knock control intervention. It is not the EGR quantity m E GR that is rigidly regulated via the engine map, but rather the EGR quantity m E GR is currently adapted to the smooth running or the knocking of the internal combustion engine 1.
  • the change in speed An at the engine speed n is observed over a short observation period At between 10 ms to 100 ms, for example 50 ms, and a degree of rotational irregularity ö is determined from this. If the change in speed An of the engine speed n within the observation period At exceeds a defined limit value Anc, i.e. if the degree of rotational irregularity ö exceeds a defined limit value ⁇ G, it is assumed that an excessively high EGR quantity ITIEGR causes this uneven running. The EGR quantity mEGR is then reduced by further closing the EGR valve 18. This is controlled or regulated via an EGR controller integrated into the electronic control unit 22, for example a PI controller or an I controller. As an alternative to evaluating the speed signal, smooth running determined by the vehicle diagnostic system can also be used.
  • an EGR quantity mEGR that is too low can lead to knocking at high engine loads or at very high compression ratios, even at moderate loads.
  • the EGR amount mEGR can be increased by further opening the EGR valve 18. If the EGR valve 18 is wide or completely open, the EGR quantity mEGR can be further increased by closing the pre-throttle valve 13 and the resulting higher pressure difference across the EGR valve 18.
  • Fig. 5 shows schematically the method according to the invention in a block diagram.
  • step S1 it is examined whether within an observation period At of, for example, 50 ms, the degree of rotational irregularity ö a defined threshold value ⁇ G and / or whether the speed difference An exceeds a defined threshold value Anc. If this is the case, the control correction CEGR SO is changed in step S2 so that the EGR quantity m E GR is reduced, for example the EGR valve 18 is closed.
  • step S3 it is examined whether knocking events K are taking place or whether the number of knocking events K counted within an observation period exceeds a defined threshold value KG. If this is the case, the control correction CEGR SO is changed in step S4 so that the EGR quantity m E GR is increased, for example the EGR valve 18 is opened further.
  • Steps S1 and S3 can be carried out continuously or discontinuously, simultaneously or one after the other and are carried out repeatedly during engine operation as required in those operating ranges of the internal combustion engine 1 in which exhaust gas recirculation is provided.
  • the exhaust gas recirculation is controlled in a self-learning manner. This means that repeatedly required corrective measures, which must be carried out again and again with a repeatable configuration of engine parameters, are entered into the engine map independently by the electronic control unit 22 and the EGR rates stored in the engine map are thus adapted.
  • the EGR control takes place without any additional sensors, only with the sensors 20, 21 present in series vehicles for determining the speed n and for detecting knock events K.
  • Controlled variables are speed fluctuations or degree of rotational irregularity ö and knock control depth or number on knocking events K.
  • the EGR control is selectively activated and deactivated so that, for example, poor road conditions, which have an impact on the smooth running of the internal combustion engine 1, do not cause an adaptation of the EGR rate.
  • a controller intervention is only permitted when the clutch 23 is completely closed or completely separated (see FIG. 1), but not during the closing process.
  • a minimum degree of rotational irregularity ömin,R, a maximum accelerator pedal gradient, a minimum engine load Lmin,R and/or a minimum engine speed n m in,R can/will be specified for an EGR controller intervention.
  • the control can be deactivated if the engine load gradient exceeds a predefined value.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (1) in which exhaust gas is recirculated, at least in one operating range, via at least one EGR valve (18) and at least one exhaust gas recirculation line (6), wherein base values for the EGR amount (mEGR) of recirculated exhaust gas and/or an opening of the EGR valve (18) are specified, and a correction measure for the EGR amount (mEGR) is carried out by reducing the EGR amount (mEGR) of recirculated exhaust gas when the speed difference (Δn) and/or the degree of rotational non-uniformity (δ) exceeds a defined threshold (ΔnG, δG). According to the invention, in order to improve EGR regulation and to minimise NOx emissions, the combustion of the internal combustion engine (1) is monitored for knocking, and the EGR amount (mEGR) is increased when a defined value (KG) for at least one established knocking event (K) and/or a defined knocking regulation depth (KR) is exceeded.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Method for operating an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der Abgas zumindest in einem Betriebsbereich über zumindest ein EGR-Ventil und zumindest eine Abgasrückführleitung von einem Auslasssystem in ein Einlasssystem rückgeführt wird, wobei Basiswerte für eine EGR-Menge an rückgeführtem Abgas und/oder eine Öffnung eines EGR Ventils in einem Motorkennfeld der Brennkraftmaschine vorgegeben werden und eine Korrekturmaßnahme für die EGR- Menge durchgeführt wird, indem die Drehzahl der Brennkraftmaschine gemessen und eine Drehzahldifferenz und/oder ein Drehungleichförmigkeitsgrad innerhalb eines definierten Beobachtungszeitraumes ermittelt wird und die EGR-Menge an rückgeführtem Abgas reduziert wird, wenn die Drehzahldifferenz und/oder der Drehungleichförmigkeitsgrad einen definierten Schwellwert überschreitet. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which exhaust gas is recirculated from an exhaust system into an inlet system at least in an operating range via at least one EGR valve and at least one exhaust gas recirculation line, with basic values for an EGR amount of recirculated exhaust gas and / or an Opening of an EGR valve can be specified in an engine map of the internal combustion engine and a corrective measure for the EGR amount is carried out by measuring the speed of the internal combustion engine and determining a speed difference and / or a degree of rotational irregularity within a defined observation period and the EGR amount of recirculated exhaust gas is reduced if the speed difference and/or the degree of rotational irregularity exceeds a defined threshold value. The invention also relates to an internal combustion engine for carrying out such a method.
Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen im Motor umweltschädliche Stickoxide. Es ist bekannt, dass durch Rückführung eines Teils des Abgases vom Auslasssystem in das Einlasssystem die Bildung von Stickoxiden aus Verbrennungsprodukten reduziert werden kann. Bei Brennkraftmaschinen mit EGR (EGR = "Exhaust Gas Recirculation") bzw. AGR (AGR = "Abgasrückführung") wird daher zur Senkung der Stickoxidmenge im Abgas ein Teil des Abgases, beispielsweise 20%, in das Einlasssystem rückgeführt. At high combustion temperatures, environmentally harmful nitrogen oxides are produced in the engine. It is known that by recirculating part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system, the formation of nitrogen oxides from combustion products can be reduced. In internal combustion engines with EGR (EGR = "Exhaust Gas Recirculation") or AGR (EGR = "Exhaust Gas Recirculation"), part of the exhaust gas, for example 20%, is returned to the intake system in order to reduce the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas.
Bei externer Abgasrückführung kann es aufgrund von Umwelteinflüssen wie Luftdruck, geodätische Höhe, Luftfeuchtigkeit oder anderen Einflüssen wie Änderung des Abgasgegendruckes, zum Beispiel durch Partikelfilterbeladung, zu einer Änderung der tatsächlich durchgeführten EGR-Menge kommen. Eine Änderung der EGR- Menge kann aber zu einer Verschlechterung des Fahrverhaltens wie Ruckeln und Zündaussetzer bei zu hoher EGR-Menge oder zu Klopfen bei zu niedriger EGR- Menge - insbesondere bei hochverdichteten Brennkraftmaschinen - führen. With external exhaust gas recirculation, environmental influences such as air pressure, geodetic altitude, humidity or other influences such as changes in the exhaust gas back pressure, for example due to particle filter loading, can lead to a change in the amount of EGR actually carried out. However, a change in the EGR amount can lead to a deterioration in driving behavior such as jerking and misfiring if the EGR amount is too high or to knocking if the EGR amount is too low - especially in high-compression internal combustion engines.
Deshalb kommt in derzeitigen Brennkraftmaschinen eine EGR-Regelung zum Einsatz. Diese verwendet üblicherweise die Messwerte eines Differenzdruck-Sensors über das EGR-Ventil, die Durchflusskennlinie des EGR-Ventils in Abhängigkeit des Druckunterschiedes und die EGR-Temperatur zur Regelung. Diese EGR-Regelung kann die EGR Rate in einem Bereich von rund +/- 3% konstant halten, aber sie kann bei schlechter Laufruhe die EGR-Menge nicht absenken oder bei Klopfen die EGR-Menge nicht anheben. In Serienmotoren wird der Zündzeitpunkt geregelt. Beim Auftreten von Klopfereignissen wird eine Zündwinkelrücknahme durchgeführt, der Zündwinkel also nach spät verstellt. Wenn das Klopfen wieder aufhört, dann wird der Zündwinkel wieder auf den originalen Kennfeldwert geregelt. Zur Regelung wird ein Sensor verwendet, der Schwingungen am Motor misst, die durch Klopfen hervorgerufen werden.That is why EGR control is used in current internal combustion engines. This usually uses the measured values of a differential pressure sensor via the EGR valve, the flow characteristic of the EGR valve depending on the pressure difference and the EGR temperature for control. This EGR control can keep the EGR rate constant in a range of around +/- 3%, but it cannot reduce the EGR amount when the engine is running poorly or increase the EGR amount when there is knocking. In series engines, the ignition timing is regulated. When knocking events occur, the ignition angle is reduced, i.e. the ignition angle is retarded. When the knocking stops again, the ignition angle is regulated back to the original map value. A sensor is used for control that measures vibrations on the engine that are caused by knocking.
Die Klopfregelung kann Klopfen und darauffolgende Schäden verhindern, kann aber die Brennkraftmaschine - insbesondere bei externer Abgasrückführung - nicht in einen für den Verbrauch bestmöglichen Betriebspunkt regeln. The knock control can prevent knocking and subsequent damage, but cannot regulate the internal combustion engine - especially with external exhaust gas recirculation - to the best possible operating point for consumption.
In Serienmotoren wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine zur Diagnose ausgewertet. Dazu wird der Drehungleichförmigkeitsgrad der Kurbelwelle - beispielsweise aus den Signalen eines etwa durch ein 60-2 Geberrad gebildeten Drehzahlsensors - berechnet. Ab einem gewissen Drehungleichförmigkeitsgrad wird davon ausgegangen, dass dies auf Zündaussetzer bei der Verbrennung zurückzuführen ist. Diese Zündaussetzer werden gezählt. Ab einer gewissen Anzahl an Zündaussetzern muss mit einer Schädigung des Katalysators gerechnet werde, der Fahrer wird dann zum Aufsuchen einer Werkstatt aufgefordert. In series engines, the smooth running of the internal combustion engine is evaluated for diagnosis. For this purpose, the degree of rotational irregularity of the crankshaft is calculated - for example from the signals from a speed sensor formed by a 60-2 sensor wheel. If there is a certain degree of rotational irregularity, it is assumed that this is due to misfiring during combustion. These misfires are counted. After a certain number of misfires, damage to the catalytic converter can be expected, and the driver will then be asked to go to a workshop.
Es ist bekannt, dass die Laufunruhe, also der Drehungleichförmigkeitsgrad, mit zunehmender EGR-Menge ansteigt. Daher ist die Laufunruhe bzw. der Drehungleichförmigkeitsgrad ein begrenzender Faktor für die EGR-Menge. It is known that the uneven running, i.e. the degree of rotational irregularity, increases with increasing EGR quantity. Therefore, the rough running or degree of rotational irregularity is a limiting factor for the amount of EGR.
Die US 3,872,846 A beschreibt ein Regelsystem für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, wobei die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine in einem definierten Bereich geregelt wird. Dabei empfängt das Regelsystem ein Drehungleichförmigkeitssignal und erzeugt daraus ein Steuersignal zur Veränderung der Stellung des Abgasrückführventiles. Dadurch soll die maximal mögliche Menge an rückgeführtem Abgas bei einem definierten zulässigen maximalen Ungleichförmigkeitsgrad eingestellt werden. Bei großer Laufunruhe wird die EGR- Menge reduziert und bei guter Laufruhe die EGR-Menge angehoben. US 3,872,846 A describes a control system for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation, wherein the rotational irregularity of the internal combustion engine is controlled in a defined range. The control system receives a rotational irregularity signal and uses it to generate a control signal to change the position of the exhaust gas recirculation valve. This is intended to set the maximum possible amount of recirculated exhaust gas at a defined permissible maximum degree of non-uniformity. If the engine runs very smoothly, the EGR amount is reduced and if the engine runs smoothly, the EGR amount is increased.
Diese Regelung, die nur auf der Drehungleichförmigkeit als Reglereingangsgröße beruht, kann aber nicht verhindern, dass in bestimmten Betriebsbereichen - insbesondere bei hohen Lasten, bei denen es zu klopfender Verbrennung kommt - zu wenig EGR der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Diese Art der Regelung ohne Berücksichtigung des Klopfens funktioniert daher nur in Bereichen, in denen kein Klopfen auftritt - also an der Teillast eines Motors. However, this control, which is based only on the rotational non-uniformity as a controller input variable, cannot prevent too little EGR from being supplied to the internal combustion engine in certain operating ranges - especially at high loads where knocking combustion occurs. This type of control without taking knocking into account therefore only works in areas where no knocking occurs - i.e. at partial load of an engine.
Aufgabe der Erfindung ist es, die EGR-Regelung zu verbessern und dabei auftretende Betriebsparameter bestmöglich in die Regelung einzubeziehen. Dadurch ist eine Regelung nicht nur an der Teillast, sondern auch bei hohen Lasten inklusive Volllast möglich. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß dadurch, dass die Verbrennung der Brennkraftmaschine in Bezug auf Klopfen überwacht und die Abgasmenge erhöht wird, wenn zumindest ein Klopfereignis - vorzugsweise über zumindest einen Klopfsensor - festgestellt und ein definierter Wert für das zumindest eine festgestellte Klopfereignisse und/oder eine definierte Klopfregeltiefe überschritten wird. The object of the invention is to improve the EGR control and to include the operating parameters that arise in the control in the best possible way. This means that control is possible not only at partial load, but also at high loads including full load. The problem is solved according to the invention by a method mentioned at the beginning in that the combustion of the internal combustion engine is monitored with regard to knocking and the amount of exhaust gas is increased when at least one knocking event is detected - preferably via at least one knock sensor - and a defined value for the at least one detected Knock events and/or a defined knock control depth is exceeded.
Es wird also die Verbrennung in Bezug auf Klopfen sowie in Bezug auf Laufruhe überwacht und die Abgasmenge erhöht, wenn bei zufriedenstellender Laufruhe zumindest ein Klopfereignis festgestellt und ein definierter Wert für das zumindest eine festgestellte Klopfereignisse und/oder eine definierte Klopfregeltiefe überschritten wird. Bei zu hoher Laufunruhe und gleichzeitig nicht-klopfender Verbrennung wird die rückgeführte Abgasmenge reduziert. The combustion is therefore monitored in relation to knocking and in relation to smooth running and the amount of exhaust gas is increased if at least one knocking event is detected while running is satisfactory and a defined value for the at least one detected knocking event and/or a defined knock control depth is exceeded. If the engine runs too smoothly and combustion does not knock at the same time, the amount of exhaust gases recirculated is reduced.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur die Drehungleichförmigkeit, sondern auch das Klopfen der Brennkraftmaschine in die Regelung einbezogen und die EGR-Regelung somit verbessert. Dadurch ist eine Regelung nicht nur an der Teillast, sondern auch bei hohen Lasten inklusive Volllast möglich. With the method according to the invention, not only the rotational irregularity but also the knocking of the internal combustion engine is included in the control and the EGR control is thus improved. This means that control is possible not only at partial load, but also at high loads including full load.
Über einen definierten Zeitraum wird die Drehzahländerung der Motordrehzahl beobachtet. Falls die Motordrehzahländerung einen definierten Wert übersteigt, wird die EGR-Menge abgesenkt. Die Steuerung kann über einen EGR-Regler, zum Beispiel einen PI-Regler oder einen I-Regler erfolgen. The change in engine speed is observed over a defined period of time. If the engine speed change exceeds a defined value, the EGR quantity is reduced. The control can take place via an EGR controller, for example a PI controller or an I controller.
Andererseits kann eine zu niedrige EGR-Menge zu Klopfen führen. Wenn der Klopfsensor Klopfen signalisiert, kann die EGR-Menge angehoben werden. Dies kann beispielsweise durch weiteres Öffnen des EGR- Ventils geschehen. Wenn das EGR- Ventil weit offen oder ganz geöffnet ist, kann die EGR-Menge durch Schließen der Vordrosselklappe weiter erhöht werden, welche im Einlasssystem stromaufwärts einer Mündung der Abgasrückführleitung angeordnet ist. Durch das Schließen der Vordrosselklappe wird die Druckdifferenz zur EGR-Leitung und somit der Durchsatz an EGR erhöht. On the other hand, too low an EGR amount can cause knocking. If the knock sensor signals knocking, the EGR quantity can be increased. This can be done, for example, by further opening the EGR valve. When the EGR valve is wide open or fully open, the amount of EGR can be further increased by closing the pre-throttle valve, which is located in the intake system upstream of a mouth of the exhaust gas recirculation line. Closing the pre-throttle valve increases the pressure difference to the EGR line and thus the EGR throughput.
Vorteilhafterweise wird zur Erhöhung der EGR-Menge ein in der Abgasrückführung angeordnetes EGR-Ventil geöffnet. To increase the amount of EGR, an EGR valve arranged in the exhaust gas recirculation is advantageously opened.
Alternativ oder zusätzlich wird zur Erhöhung der EGR-Menge eine Vordrosselklappe geschlossen, welche im Einlasssystem stromaufwärts einer Mündung der Abgasrückführleitung in das Einlasssystem angeordnet ist. Alternatively or additionally, to increase the EGR quantity, a pre-throttle valve is closed, which is arranged in the intake system upstream of an opening of the exhaust gas recirculation line into the intake system.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stellung des EGR-Ventils und/oder die Stellung der Vordrosselklappe in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsparameters korrigiert wird, wobei vorzugsweise der Betriebsparameter aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Betriebsmodus eines elektrischen Abgasturboladers; Druckverhältnis über das EGR-Ventil; Beladung eines im Auslasssystem angeordneten Partikelfilters. In one embodiment variant of the invention it is provided that the position of the EGR valve and/or the position of the pre-throttle valve depends at least an operating parameter is corrected, the operating parameter preferably being selected from the following group: operating mode of an electric exhaust gas turbocharger; Pressure ratio across the EGR valve; Loading a particle filter arranged in the exhaust system.
Die Öffnungsstellung des EGR-Ventils wird weiter erhöht, wenn der elektrische Abgasturbolader motorisch betrieben wird. Die Öffnungsstellung des EGR-Ventils wird verringert, wenn der elektrische Abgasturbolader generatorisch betrieben wird.The opening position of the EGR valve is further increased when the electric exhaust gas turbocharger is operated by the engine. The opening position of the EGR valve is reduced when the electric exhaust gas turbocharger is operated as a generator.
Die Öffnungsstellung des EGR-Ventils wird verringert, wenn das Druckverhältnis des Druckes in der Abgasleitung stromaufwärts des EGR-Ventils zum Druck in der Abgasleitung stromabwärts des EGR-Ventils erhöht ist. Die Öffnungsstellung des EGR-Ventils wird erhöht, wenn das Druckverhältnis des Druckes in der Abgasleitung stromaufwärts des EGR-Ventils zum Druck in der Abgasleitung stromabwärts des EGR-Ventils verringert ist. Bei zu geringer Druckdifferenz kann diese durch Schließen der Vordrosselklappe stromaufwärts der Einmündung der Abgasrückführleitung in das Einlasssystem erhöht werden. The opening position of the EGR valve is reduced when the pressure ratio of the pressure in the exhaust pipe upstream of the EGR valve to the pressure in the exhaust pipe downstream of the EGR valve is increased. The opening position of the EGR valve is increased when the pressure ratio of the pressure in the exhaust pipe upstream of the EGR valve to the pressure in the exhaust pipe downstream of the EGR valve is reduced. If the pressure difference is too low, this can be increased by closing the pre-throttle valve upstream of the opening of the exhaust gas recirculation line into the intake system.
Eine höhere Beladung eines im Auslasssystem angeordneten Partikelfilters für Benzinmotoren (GPF = Gasoline Particle Filter) führt zu höherem Gegendruck im Auslasssystem. Dadurch kann die Öffnungsstellung des EGR-Ventils verringert werden. A higher load on a particle filter for gasoline engines (GPF = Gasoline Particle Filter) arranged in the exhaust system leads to higher back pressure in the exhaust system. This allows the opening position of the EGR valve to be reduced.
Nach einer Spätverstellung des Zündzeitpunktes aufgrund erkannten Klopfens wird, wenn kein weiteres Klopfereignis auftritt, der Zündzeitpunkt wieder nach früh verstellt. Während dieser Frühverstellung wird allerdings immer noch ein späterer Zündwinkel als im Grundkennfeld abgelegt ausgegeben. Dieser immer noch spätere Zündwinkel kann bei der Absenkung der EGR Rate unberücksichtigt bleiben. Beim Rückregeln der Klopfregelung ist also kein weiteres Öffnen des EGR-Ventils erforderlich. After the ignition timing has been retarded due to detected knocking, if no further knocking occurs, the ignition timing is advanced again. During this advance adjustment, however, a later ignition angle than that stored in the basic map is still output. This still later ignition angle can be ignored when reducing the EGR rate. When resetting the knock control, no further opening of the EGR valve is necessary.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine - vorzugsweise mehrmals - durchgeführte Korrekturmaßnahme der EGR-Menge im Motorkennfeld eingetragen wird. Die Regelung der Abgasrückführung erfolgt somit selbstlernend. Dies bedeutet, dass wiederholt erforderliche Korrekturmaßnahmen, welche bei wiederholbarer Konfiguration von Motorparametern immer wieder durchgeführt werden müssen, selbständig durch die elektronische Steuereinheit in das Motorkennfeld eingetragen werden. In a further embodiment of the invention, it is provided that at least one corrective measure of the EGR quantity carried out - preferably several times - is entered in the engine map. The regulation of exhaust gas recirculation is therefore self-learning. This means that repeatedly required corrective measures, which have to be carried out again and again with repeatable configuration of engine parameters, are automatically entered into the engine map by the electronic control unit.
Um zu vermeiden, dass Eingriffe in die EGR-Regelung durch Fehlsignale durchgeführt werden, ist es vorteilhaft, wenn die EGR-Regelung selektiv aktiviert und deaktiviert wird. Dazu ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass Korrekturmaßnahme der EGR-Menge nur dann durchgeführt werden, wenn • der ermittelte Drehungleichförmigkeitsgrad mindestens einem definierten minimalen Drehungleichförmigkeitsgrad entspricht, und/oder In order to avoid interventions in the EGR control due to false signals, it is advantageous if the EGR control is selectively activated and deactivated. For this purpose, in one embodiment variant of the invention it is provided that corrective measures for the EGR quantity are only carried out if • the determined degree of rotational irregularity corresponds to at least a defined minimum degree of rotational irregularity, and/or
• eine bestimmte Klopfregeltiefe überschritten wird, und/oder • a certain knock control depth is exceeded, and/or
• ein aktueller Fahrpedalgradient maximal einem definierten maximalen Fahrpedalgradient entspricht und/oder • a current accelerator pedal gradient corresponds at most to a defined maximum accelerator pedal gradient and/or
• eine aktuelle Motorlast mindestens einer definierten minimalen Motorlast entspricht und/oder • a current engine load corresponds to at least a defined minimum engine load and/or
• der Gradient der Motorlast einen vordefinierten Wert nicht überschreitet und/oder • the engine load gradient does not exceed a predefined value and/or
• eine aktuelle Motordrehzahl mindestens einer definierten minimalen Motordrehzahl entspricht und/oder • a current engine speed corresponds to at least a defined minimum engine speed and/or
• eine im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine angeordnete Schaltkupplung vollständig getrennt oder vollständig geschlossen ist. • a clutch arranged in the drive train of the internal combustion engine is completely separated or completely closed.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abgasrückführmengen sehr nahe am Optimum einregeln, ohne dass es zu unruhigem Motorlauf oder klopfender Verbrennung kommt. With the method according to the invention, exhaust gas recirculation quantities can be adjusted very close to the optimum, without causing rough engine running or knocking combustion.
Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine eingangs genannte Brennkraftmaschine bei der Abgas zumindest in einem Betriebsbereich über zumindest eine Abgasrückführleitung von einem Auslasssystem in ein Einlasssystem rückführbar ist, mit einem Drehzahlsensor zur Feststellung ein Drehungleichförmigkeitsgrad der Brennkraftmaschine, wobei die EGR-Menge an rückgeführtem Abgas reduzierbar ist, wenn der Drehungleichförmigkeitsgrad einen definierten Schwellwert für den Drehungleichförmigkeitsgrad überschreitet. To carry out the method, an internal combustion engine mentioned at the beginning is suitable, in which exhaust gas can be recirculated from an exhaust system into an inlet system at least in one operating range via at least one exhaust gas recirculation line, with a speed sensor for determining a degree of rotational irregularity of the internal combustion engine, wherein the EGR amount of recirculated exhaust gas can be reduced , if the degree of rotational non-uniformity exceeds a defined threshold value for the degree of rotational non-uniformity.
Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine zumindest einen Klopfsensor zum Feststellen von Klopfereignissen bei der Verbrennung aufweist, und dass die EGR-Menge in Abhängigkeit des Auftretens zumindest eines Klopfereignisses und/oder einer definierten Klopfregeltiefe erhöhbar ist. To solve the problem, it is provided according to the invention that the internal combustion engine has at least one knock sensor for detecting knock events during combustion, and that the EGR amount can be increased depending on the occurrence of at least one knock event and / or a defined knock control depth.
Die Erfindung wird anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Darin zeigen schematisch: The invention is explained in more detail using a non-limiting exemplary embodiment which is shown in the figures. It shows schematically:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 shows an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention;
Fig. 2 ein Regelkennfeld für die EGR-Regelung; Fig. 2 shows a control map for the EGR control;
Fig. 3 und Fig. 4 ein Betriebsdiagramm der Brennkraftmaschine während des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 5 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm. 3 and 4 show an operating diagram of the internal combustion engine during the method according to the invention; and Fig. 5 shows the method according to the invention in a block diagram.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2, mit einem Einlasssystem 3 und einem Auslasssystem 4, sowie einem Niederdruck-Abgasrückführsystem 5 mit einer Abgasrückführleitung 6 zwischen dem Einlasssystem 3 und dem Auslasssystem 4. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgasturbolader 7 mit einem in der Einlassleitung 8 des Einlasssystem 3 angeordneten Verdichter 9 und einer in der Auslassleitung 10 des Auslasssystem 4 angeordneten Abgasturbine 11 auf. In der Einlassleitung 8 sind stromaufwärts des Verdichters 9 ein Luftmassenmesser 12 und eine Vordrosselklappe 13, und stromabwärts des Verdichters 9 ein Ladeluftkühler 14 und eine Drosselklappe 130 angeordnet. In der Auslassleitung 10 sind stromabwärts der Abgasturbine 11 ein Katalysator 15 und ein Partikelfilter 16 angeordnet. Die Abgasrückführleitung 6 des Abgasrückführsystems 5 zweigt stromabwärts der Abgasturbine 11 und stromaufwärts des Partikelfilters 16 von der Auslassleitung 10 ab, entweder stromaufwärts des Katalysators 15 (siehe punktierten Linien), oder stromabwärts des Katalysators 15 (siehe voll ausgezogene Linien). In der Abgasrückführleitung 6 sind ein EGR-Kühler 17, ein EGR-Ventil 18 und eine Kondensatfalle 19 angeordnet. Fig. 1 shows a schematic view of a spark-ignited internal combustion engine 1 with several cylinders 2, with an intake system 3 and an exhaust system 4, and a low-pressure exhaust gas recirculation system 5 with an exhaust gas recirculation line 6 between the inlet system 3 and the exhaust system 4. The internal combustion engine 1 has an exhaust gas turbocharger 7 with a compressor 9 arranged in the inlet line 8 of the inlet system 3 and an exhaust gas turbine 11 arranged in the outlet line 10 of the outlet system 4. In the inlet line 8, an air mass meter 12 and a pre-throttle valve 13 are arranged upstream of the compressor 9, and an intercooler 14 and a throttle valve 130 are arranged downstream of the compressor 9. A catalytic converter 15 and a particle filter 16 are arranged in the outlet line 10 downstream of the exhaust gas turbine 11. The exhaust gas recirculation line 6 of the exhaust gas recirculation system 5 branches off from the outlet line 10 downstream of the exhaust gas turbine 11 and upstream of the particle filter 16, either upstream of the catalytic converter 15 (see dotted lines) or downstream of the catalytic converter 15 (see solid lines). An EGR cooler 17, an EGR valve 18 and a condensate trap 19 are arranged in the exhaust gas recirculation line 6.
Serienmäßig sind bei der Brennkraftmaschine 1 ein Drehzahlsensor 20 zur Messung der Motordrehzahl n und zumindest ein Klopfsensor 21 vorgesehen, welcher Schwingungen am Motor misst, die durch Klopfereignisse K hervorgerufen werden. Die über den Drehzahlsensor 20 und den Klopfsensor 21 gemessenen Werte werden zur Auswertung und Regelung der Abgasrückführung einer elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt. In der elektronischen Steuereinheit 22 ist zumindest ein Kennfeld für Basiswerte für die EGR-Menge ITI EGR oder eine EGR Ventilstellung abgelegt. In einem Regelkennfeld, das beispielsweise als Ausgabewert einen I- Regler ansteuert, wird eine Achse durch die Laufruhe beschrieben und die 2. Achse durch die Klopfregeltiefe, beispielsweise gemittelt über alle Zylinder. A speed sensor 20 for measuring the engine speed n and at least one knock sensor 21 are provided as standard in the internal combustion engine 1, which measures vibrations on the engine that are caused by knock events K. The values measured via the speed sensor 20 and the knock sensor 21 are fed to an electronic control unit 22 for evaluating and regulating the exhaust gas recirculation. At least one map for basic values for the EGR quantity ITI EGR or an EGR valve position is stored in the electronic control unit 22. In a control map that, for example, controls an I controller as an output value, one axis is described by the smooth running and the second axis by the knock control depth, for example averaged over all cylinders.
Fig. 2 zeigt ein Regelkennfeld für die Regelkorrektur CEGR des rückgeführten Abgases am Beispiel eines I-Reglers, wobei für die Regelung als erste Regelachse der durch die Motordrehzahlschwankungen An innerhalb eines Beobachtungszeitraumes At von beispielsweise 50 ms definierte Drehungleichförmigkeitsgrad ö, - welche ein Maß für die Laufruhe darstellt - und als zweite Regelachse die mittlere Klopfregeltiefe KR aufgetragen sind. Die Linien zeigen I-Regler Parameter. Negative Werte der Regelkorrektur CEGR schließen das EGR-Ventil 18, positive Werte der Regelkorrektur CEGR öffnen das EGR-Ventil 18: je größer der Wert, desto schneller läuft der I-Regler. Der Drehungleichförmigkeitsgrad ö innerhalb eines Beobachtungszeitraumes At kann wie folgt berechnet werden : > nmax~nmin nmean mit nmax Maximaldrehzahl innerhalb des Beobachtungszeitraumes At nmin Maximaldrehzahl innerhalb des Beobachtungszeitraumes At, nmean mittlere Drehzahl innerhalb des Beobachtungszeitraumes At. Fig. 2 shows a control map for the control correction CEGR of the recirculated exhaust gas using the example of an I controller, with the degree of rotational irregularity ö defined by the engine speed fluctuations An within an observation period At of, for example, 50 ms, as the first control axis for the control - which is a measure for the represents smooth running - and the average knock control depth KR is plotted as the second control axis. The lines show I controller parameters. Negative values of the control correction CEGR close the EGR valve 18, positive values of the control correction CEGR open the EGR valve 18: the larger the value, the faster the I controller runs. The degree of rotational non-uniformity ö within an observation period At can be calculated as follows: > n max~ n min nmean with n ma x maximum speed within the observation period At nmin maximum speed within the observation period At, nmean mean speed within the observation period At.
Die Klopfregeltiefe KR bezeichnet den Wert, um den der Zündzeitpunkt nach spät verstellt werden muss, um einen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ohne klopfende Verbrennung zu ermöglichen. Die Klopfregeltiefe kann für jeden Zylinder separat ausgewertet oder für alle Zylinder gemittelt werden. The knock control depth KR denotes the value by which the ignition timing must be retarded in order to enable operation of the internal combustion engine 1 without knocking combustion. The knock control depth can be evaluated separately for each cylinder or averaged for all cylinders.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen ein Betriebsdiagramm der Brennkraftmaschine 1 während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind die Parameter Drehzahl n, Öffnungsstellung VEGR des AGR-Ventils 18, Motorlast L, Einlassdruck Pin (siehe auch Fig. 1), Klopfregeltiefe KR. und Regelkorrektur CEGR über der Zeit t aufgetragen. 3 and 4 show an operating diagram of the internal combustion engine 1 during the implementation of the method according to the invention. The parameters are speed n, opening position VEGR of the EGR valve 18, engine load L, inlet pressure Pin (see also Fig. 1), knock control depth KR. and control correction CEGR plotted over time t.
Fig. 3 dient zur Veranschaulichung der Maßnahmen zwischen den Zeitpunkten ti und t2 nach Auftreten eines Klopfereignisses. Das Auftreten eines Klopfereignisses führt ab dem Zeitpunkt ti zu einer mittleren Klopfrücknahme bei der Klopfregeltiefe K von beispielsweise 2,5°KW, wie mit Bezugszeichen a angedeutet ist. Die Phase des Rückregeln ist mit Pfeil b bezeichnet. Das Klopfereignis führt dazu, dass der EGR-Regler der Steuereinheit 22 eine positive Regel korrektur CEGR ausgibt (siehe Pfeil c), welche eine weitere Öffnung des EGR-Ventil 18 verursacht (siehe Pfeil d).Fig. 3 serves to illustrate the measures between times ti and t2 after the occurrence of a knock event. The occurrence of a knock event leads from time ti to an average knock reduction at the knock control depth K of, for example, 2.5 ° CA, as indicated by reference symbol a. The readjustment phase is indicated by arrow b. The knock event causes the EGR controller of the control unit 22 to issue a positive control correction CEGR (see arrow c), which causes the EGR valve 18 to open further (see arrow d).
Fig. 4 dient zur Veranschaulichung der Maßnahmen während des Betrachtungszeitraumes t2 bis ts Das Auftreten einer Drehzahländerung An von etwa 20 1/min innerhalb des Betrachtungszeitraumes At=t3-t2 von etwa 50 ms (siehe Pfeil e) führt dazu, dass der EGR-Regler der Steuereinheit 22 eine negative Regelkorrektur CEGR ausgibt (siehe Pfeil f), welche eine geringere Öffnung des EGR-Ventil 18 verursacht (siehe Pfeil g). Fig. 4 serves to illustrate the measures during the observation period t2 to ts. The occurrence of a speed change An of approximately 20 1/min within the observation period At=t3-t2 of approximately 50 ms (see arrow e) leads to the EGR controller the control unit 22 outputs a negative control correction CEGR (see arrow f), which causes a smaller opening of the EGR valve 18 (see arrow g).
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass direkt die Laufruhe und das Klopfsensorsignal als Regelinput für die EGR-Regelung verwendet werden. Es wird also - neben der durch die Laufruhe bzw. dem Drehungleichförmigkeitsgrad ö definierten ersten Achse eine zweite Achse für die EGR-Regelung definiert, die verhindert, dass der Brennkraftmaschine 1 zu wenig rückgeführte Abgasmenge zugeführt wird. Diese zweite Achse ist der Klopfregeleingriff. Es wird nicht die EGR Menge mEGR starr über das Motorkennfeld geregelt, sondern die EGR-Menge mEGR wird jeweils aktuell an die Laufruhe bzw. das Klopfen des Brennkraftmaschine 1 angepasst. The method according to the invention provides that the smooth running and the knock sensor signal are used directly as control input for the EGR control. In addition to the first axis defined by the smooth running or the degree of rotational irregularity ö, a second axis is defined for the EGR control, which prevents the internal combustion engine 1 from being supplied with too little recirculated exhaust gas quantity. This second axis is the knock control intervention. It is not the EGR quantity m E GR that is rigidly regulated via the engine map, but rather the EGR quantity m E GR is currently adapted to the smooth running or the knocking of the internal combustion engine 1.
Dazu wird über einen kleinen Beobachtungszeitraum At zwischen 10 ms bis 100 ms, beispielsweise 50 ms, die Drehzahländerung An der Motordrehzahl n beobachtet und daraus ein Drehungleichförmigkeitsgrad ö ermittelt. Wenn die Drehzahländerung An der Motordrehzahl n innerhalb des Beobachtungszeitraumes At einen definierten Grenzwert Anc übersteigt, wenn also der Drehungleichförmigkeitsgrad ö einen definierten Grenzwert ÖG überschreitet, wird davon ausgegangen, dass eine zu hohe EGR-Menge ITIEGR diese Laufunruhe verursacht. Die EGR- Menge mEGR wird dann abgesenkt, indem das EGR-Ventil 18 weiter geschlossen wird. Dies erfolgt gesteuert oder geregelt über einen beispielsweise in die elektronische Steuereinheit 22 integrierten EGR-Regler, beispielsweise einen PI-Regler oder einen I-Regler. Alternativ zur Auswertung des Drehzahlsignals kann auch eine durch das Fahrzeugdiagnosesystem ermittelte Laufruhe verwendet werden. For this purpose, the change in speed An at the engine speed n is observed over a short observation period At between 10 ms to 100 ms, for example 50 ms, and a degree of rotational irregularity ö is determined from this. If the change in speed An of the engine speed n within the observation period At exceeds a defined limit value Anc, i.e. if the degree of rotational irregularity ö exceeds a defined limit value ÖG, it is assumed that an excessively high EGR quantity ITIEGR causes this uneven running. The EGR quantity mEGR is then reduced by further closing the EGR valve 18. This is controlled or regulated via an EGR controller integrated into the electronic control unit 22, for example a PI controller or an I controller. As an alternative to evaluating the speed signal, smooth running determined by the vehicle diagnostic system can also be used.
Andererseits kann eine zu niedrige EGR-Menge mEGR bei hohen Motorlasten oder bei sehr hohen Verdichtungsverhältnissen auch schon bei moderaten Lasten zu Klopfen führen. Wenn der Klopfsensor 21 ein Klopfereignis signalisiert, kann die EGR-Menge mEGR angehoben werden, indem das EGR-Ventil 18 weiter geöffnet wird. Wenn das EGR-Ventil 18 weit oder ganz geöffnet ist, kann die EGR-Menge mEGR durch Schließen der Vordrosselklappe 13 und die sich somit einstellende höhere Druckdifferenz über das EGR-Ventil 18 weiter erhöht werden. On the other hand, an EGR quantity mEGR that is too low can lead to knocking at high engine loads or at very high compression ratios, even at moderate loads. When the knock sensor 21 signals a knock event, the EGR amount mEGR can be increased by further opening the EGR valve 18. If the EGR valve 18 is wide or completely open, the EGR quantity mEGR can be further increased by closing the pre-throttle valve 13 and the resulting higher pressure difference across the EGR valve 18.
Weitere Korrekturen der Stellungen des EGR-Ventil 18 können erfolgen ... Further corrections to the positions of the EGR valve 18 can be made...
• ... in Abhängigkeit des Betriebsstatus des elektrischen Abgasturbolader 7: Wird der elektrische Abgasturbolader 7 motorisch betrieben, wird die Öff- nungsposition des EGR-Ventiles 18 vergrößert; wird der elektrische Abgasturbolader 7 generatorisch betrieben, wird die Öffnungsposition des EGR-Ventiles 18 verkleinert; • ... depending on the operating status of the electric exhaust gas turbocharger 7: If the electric exhaust gas turbocharger 7 is operated by a motor, the opening position of the EGR valve 18 is increased; If the electric exhaust gas turbocharger 7 is operated as a generator, the opening position of the EGR valve 18 is reduced;
• ... in Abhängigkeit der Druckdifferenz über das EGR-Ventil 18: Ein höheres Druckverhältnis führt zu einer Verkleinerung der Öffnungsposition des EGR- Ventiles 18; • ... depending on the pressure difference across the EGR valve 18: A higher pressure ratio leads to a reduction in the opening position of the EGR valve 18;
• ... in Abhängigkeit der Beladung des Partikelfilters 16: Höhere Beladung führt zu höherem Gegendruck und damit zu einer Verminderung der Öffnungsposition des EGR-Ventiles 18; • ... depending on the load of the particle filter 16: Higher load leads to higher back pressure and thus to a reduction in the opening position of the EGR valve 18;
• ... in Abhängigkeit der EGR Temperatur: Höhere Temperatur führt zu einem Öffnen der EGR Ventils 18; • ... depending on the EGR temperature: Higher temperatures cause the EGR valve 18 to open;
• ... in Abhängigkeit der Ansaugluft und / oder Saugrohrtemperatur: Höhere Temperatur führt zu einem Öffnen der EGR Ventils 18. Fig. 5 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm. Dabei wird in Schritt S1 untersucht, ob innerhalb eines Betrachtungszeitraumes At von beispielsweise 50 ms der Drehungleichförmigkeitsgrad ö einen definierten Schwellwert ÖG und/oder ob die Drehzahldifferenz An einen definierten Schwellwert Anc überschreitet. Ist dies der Fall, so wird in Schritt S2 die Regelkor- rektur CEGR SO verändert, dass die EGR-Menge mEGR abgesenkt, also beispielsweise das EGR-Ventil 18 geschlossen wird. • ... depending on the intake air and / or intake pipe temperature: Higher temperatures cause the EGR valve 18 to open. Fig. 5 shows schematically the method according to the invention in a block diagram. In step S1, it is examined whether within an observation period At of, for example, 50 ms, the degree of rotational irregularity ö a defined threshold value ÖG and / or whether the speed difference An exceeds a defined threshold value Anc. If this is the case, the control correction CEGR SO is changed in step S2 so that the EGR quantity m E GR is reduced, for example the EGR valve 18 is closed.
In Schritt S3 wird untersucht, ob Klopfereignisse K stattfinden bzw. ob die innerhalb eines Beobachtungszeitraumes gezählte Anzahl an Klopfereignissen K einen definierten Schwellwert KG überschreitet. Ist dies der Fall, so wird in Schritt S4 die Regelkorrektur CEGR SO verändert, dass die EGR-Menge mEGR erhöht, also beispielsweise das EGR-Ventil 18 weiter geöffnet wird. In step S3, it is examined whether knocking events K are taking place or whether the number of knocking events K counted within an observation period exceeds a defined threshold value KG. If this is the case, the control correction CEGR SO is changed in step S4 so that the EGR quantity m E GR is increased, for example the EGR valve 18 is opened further.
Die Schritte S1 und S3 können kontinuierlich oder diskontinuierlich, gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ausgeführt werden und werden während des Motorbetriebes nach Bedarf in jenen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1 wiederholt durchgeführt, in welchen Abgasrückführung vorgesehen ist. Steps S1 and S3 can be carried out continuously or discontinuously, simultaneously or one after the other and are carried out repeatedly during engine operation as required in those operating ranges of the internal combustion engine 1 in which exhaust gas recirculation is provided.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Regelung der Abgasrückführung selbstlernend erfolgt. Dies bedeutet, dass wiederholt erforderliche Korrekturmaßnahmen, welche bei wiederholbarer Konfiguration von Motorparametern immer wieder durchgeführt werden müssen, selbständig durch die elektronische Steuereinheit 22 in das Motorkennfeld eingetragen werden und somit die im Motorkennfeld hinterlegten EGR-Raten adaptiert werden. In a further embodiment of the invention it can be provided that the exhaust gas recirculation is controlled in a self-learning manner. This means that repeatedly required corrective measures, which must be carried out again and again with a repeatable configuration of engine parameters, are entered into the engine map independently by the electronic control unit 22 and the EGR rates stored in the engine map are thus adapted.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die EGR-Regelung ohne jegliche zusätzliche Sensorik, nur mit den in Serienfahrzeugen vorhandenen Sensoren 20, 21 für die Ermittlung der Drehzahl n und zur Feststellung von Klopfereignissen K. Regelgrößen sind dabei Drehzahlschwankungen bzw. Drehungleichförmigkeitsgrad ö und Klopfregeltiefe bzw. Anzahl an Klopfereignissen K. In the method according to the invention, the EGR control takes place without any additional sensors, only with the sensors 20, 21 present in series vehicles for determining the speed n and for detecting knock events K. Controlled variables are speed fluctuations or degree of rotational irregularity ö and knock control depth or number on knocking events K.
Die EGR-Regelung wird dabei selektiv aktiviert und deaktiviert, damit nicht zum Beispiel schlechte Straßenverhältnisse, die Auswirkungen auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 haben, eine Adaptierung der EGR-Rate verursachen. Gleiches gilt beispielsweise für Gangschaltvorgänge oder ähnliche Störeinflüsse, die die Drehzahl n beeinflussen. So kann etwa vorgesehen sein, dass ein Reglereingriff nur bei vollständig geschlossener oder vollständig getrennter Schaltkupplung 23 (siehe Fig. 1), nicht aber im Schließvorgang erlaubt ist. Weiters ist es günstig, wenn ein minimaler Drehungleichförmigkeitsgrad ömin,R, ein maximaler Fahrpedalgradient, eine minimale Motorlast Lmin,R und/oder eine minimale Motordrehzahl nmin,R für einen EGR-Reglereingriff vorgegeben werden/wird. Weiters kann die Regelung deaktiviert werden, wenn der Gradient der Motorlast einen vordefinierten Wert überschreitet. The EGR control is selectively activated and deactivated so that, for example, poor road conditions, which have an impact on the smooth running of the internal combustion engine 1, do not cause an adaptation of the EGR rate. The same applies, for example, to gear shifting or similar disruptive influences that influence the speed n. For example, it can be provided that a controller intervention is only permitted when the clutch 23 is completely closed or completely separated (see FIG. 1), but not during the closing process. Furthermore, it is favorable if a minimum degree of rotational irregularity ömin,R, a maximum accelerator pedal gradient, a minimum engine load Lmin,R and/or a minimum engine speed n m in,R can/will be specified for an EGR controller intervention. Furthermore, the control can be deactivated if the engine load gradient exceeds a predefined value.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der Abgas zumindest in einem Betriebsbereich über zumindest ein EGR-Ventil (18) und zumindest eine Abgasrückführleitung (6) von einem Auslasssystem (4) in ein Einlasssystem (3) rückgeführt wird, wobei Basiswerte für eine EGR-Menge ( iEGR) an rückgeführtem Abgas und/oder eine Öffnung des EGR-Ventils (18) in einem Motorkennfeld der Brennkraftmaschine (1) vorgegeben werden und eine Korrekturmaßnahme für die EGR-Menge (FIIEGR) durchgeführt wird, indem die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (1) gemessen und eine Drehzahldifferenz (An) und/oder ein Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) innerhalb eines definierten Beobachtungszeitraumes (At) ermittelt und die EGR-Menge (mEGR) an rückgeführtem Abgas reduziert wird, wenn die Drehzahldifferenz (An) und/oder der Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) einen definierten Schwellwert (AnG, ÖG) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung der Brennkraftmaschine (1) in Bezug auf Klopfen überwacht wird und die EGR-Menge (mEGR) erhöht wird, wenn zumindest ein Klopfereignis (K) - vorzugsweise über zumindest einen Klopfsensor (21) - festgestellt und ein definierter Wert (KG) für das zumindest eine festgestellte Klopfereignis (K) und/oder eine definierte Klopfregeltiefe (KR) überschritten wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der EGR-Menge (mEGR) ein in der Abgasrückführleitung (6) angeordnetes EGR-Ventil (18) geöffnet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der EGR-Menge (mEGR) eine Vordrosselklappe (13) geschlossen wird, welche im Einlasssystem (3) stromaufwärts einer Mündung der Abgasrückführleitung (6) in das Einlasssystem (3) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellung des EGR-Ventils (18) und/oder eine Stellung der Vordrosselklappe (13) in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsparameters korrigiert wird, wobei vorzugsweise der Betriebsparameter aus folgender Gruppe ausgewählt wird: Betriebsmodus eines elektrischen Abgasturboladers (7); Druckverhältnis über das EGR-Ventil (18); Beladung eines im Auslasssystem (4) angeordneten Partikelfilters (16). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine - vorzugsweise mehrmals - durchgeführte Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (mEGR) im Motorkennfeld eingetragen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn der ermittelte Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) mindestens einem definierten minimalen Drehungleichförmigkeitsgrad (ömin,R,) entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn eine bestimmte Klopfregeltiefe (KR) überschritten wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn ein aktueller Fahrpedalgradient maximal einem definierten maximalen Fahrpedalgradient entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn eine aktuelle Motorlast (L) mindestens einer definierten minimalen Motorlast (Lmin,R) entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn ein Gradient der Motorlast (L) einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn eine aktuelle Motordrehzahl (n) mindestens einer definierten minimalen Motordrehzahl (nmin,R) entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturmaßnahme der EGR-Menge (FIIEGR) nur dann durchgeführt wird, wenn eine im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine (1) angeordnete Schaltkupplung vollständig getrennt oder vollständig geschlossen ist. Brennkraftmaschine (1), bei der Abgas zumindest in einem Betriebsbereich über zumindest eine Abgasrückführleitung (6) von einem Auslasssystem (4) in ein Einlasssystem (3) rückführbar ist, mit einem Drehzahlsensor (20) zur Feststellung ein Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) der Brennkraftmaschine (1), wobei eine EGR-Menge (FIIEGR) an rückgeführtem Abgas reduzierbar ist, wenn der Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) einen definierten Schwellwert (ÖG) für den Drehungleichförmigkeitsgrad (ö) überschreitet, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest einen Klopfsensor (21) zum Feststellen von Klopfereignissen (K) bei der Verbrennung aufweist, und dass die EGR-Menge (FII EGR) in Abhängigkeit des Auftretens zumindest eines Klopfereignisses (K) und/oder einer definierten Klopfregeltiefe (KR) erhöhbar ist. PATENT CLAIMS Method for operating an internal combustion engine (1), in which exhaust gas is recirculated from an outlet system (4) into an inlet system (3) at least in one operating range via at least one EGR valve (18) and at least one exhaust gas recirculation line (6), wherein basic values for an EGR quantity (iEGR) of recirculated exhaust gas and/or an opening of the EGR valve (18) are specified in an engine map of the internal combustion engine (1) and a corrective measure for the EGR quantity (FIIEGR) is carried out by the speed (n) of the internal combustion engine (1) is measured and a speed difference (An) and / or a degree of rotational irregularity (ö) is determined within a defined observation period (At) and the EGR amount (mEGR) of recirculated exhaust gas is reduced when the speed difference (An) and/or the degree of rotational irregularity (ö) exceeds a defined threshold value (An G , ÖG), characterized in that the combustion of the internal combustion engine (1) is monitored with regard to knocking and the EGR amount (mEGR) is increased, when at least one knock event (K) is detected - preferably via at least one knock sensor (21) - and a defined value (KG) for the at least one detected knock event (K) and/or a defined knock control depth (KR) is exceeded. Method according to claim 1, characterized in that to increase the EGR quantity (mEGR), an EGR valve (18) arranged in the exhaust gas recirculation line (6) is opened. Method according to claim 1 or 2, characterized in that to increase the EGR amount (mEGR), a pre-throttle valve (13) is closed, which is arranged in the intake system (3) upstream of an opening of the exhaust gas recirculation line (6) into the intake system (3). . Method according to claim 2 or 3, characterized in that a position of the EGR valve (18) and/or a position of the pre-throttle valve (13) is corrected as a function of at least one operating parameter, the operating parameter preferably being selected from the following group: operating mode of a electric exhaust gas turbocharger (7); Pressure ratio across the EGR valve (18); Loading a particle filter (16) arranged in the outlet system (4). Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one corrective measure of the EGR quantity (mEGR) carried out - preferably several times - is entered in the engine map. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if the determined degree of rotational irregularity (ö) corresponds to at least a defined minimum degree of rotational irregularity (ömin,R,). Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if a certain knock control depth (KR) is exceeded. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if a current accelerator pedal gradient corresponds at most to a defined maximum accelerator pedal gradient. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if a current engine load (L) corresponds to at least a defined minimum engine load (L min , R). Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if a gradient of the engine load (L) does not exceed a certain value. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out if a current engine speed (n) corresponds to at least a defined minimum engine speed (n m in,R). Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that a corrective measure of the EGR quantity (FIIEGR) is only carried out when a clutch arranged in the drive train of the internal combustion engine (1) is completely separated or completely closed. Internal combustion engine (1), in which exhaust gas can be returned from an exhaust system (4) to an inlet system (3) at least in one operating range via at least one exhaust gas recirculation line (6), with a speed sensor (20) for determining a degree of rotational irregularity (ö) of the internal combustion engine ( 1), wherein an EGR amount (FIIEGR) of recirculated exhaust gas can be reduced if the degree of rotational irregularity (ö) exceeds a defined threshold value (ÖG) for the degree of rotational irregularity (ö), for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, characterized marked, that the internal combustion engine (1) has at least one knock sensor (21) for detecting knock events (K) during combustion, and that the EGR amount (FII EGR) depends on the occurrence of at least one knock event (K) and / or a defined knock control depth (KR) can be increased.
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