DE19923299A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben. Es sind Mittel vorgesehen, die das Abgas der Brennkraftmaschine beeinflussen. Bei Vorliegen bestimmter Bedingungen wird ein Sonderbetriebszustand eingeleitet, in dem ein erhöhter Energiegehalt des Abgases gewünscht ist. In dem Sonderbetriebszustand wird ein Verbrennungsschwerpunkt derart beeinflußt, daß sich die Abgastemperatur erhöht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 199 06 287 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brenn­ kraftmaschine bekannt. Bei dem dort beschriebenen System wird ein Partikelfilter eingesetzt, der im Abgas enthaltene Partikel ausfiltert. In bestimmten Betriebszustand wird der Partikelfilter durch geeignete Maßnahmen regeneriert. Zur Regeneration muß die Abgastemperatur erhöht werden. Be­ triebszustände mit erhöhter Abgastemperatur haben in der Re­ gel einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge.

Ferner sind Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung ei­ ner Brennkraftmaschine bekannt. Bei denen von einem Lader die im Abgas enthaltene Energie zur Verdichtung der Luft, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, nutzt. Solche La­ der haben in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei kleinen Drehzahlen ein verzögertes Ansprechverhalten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der der Partikelfilter ver­ brauchsgünstig regeneriert und/oder das Verhalten eines La­ ders verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist eine vorteil­ hafte Regeneration des Partikelfilters und/oder eine Verbes­ serung des Verhaltens eines Laders möglich. Dies wird da­ durch erreicht, daß der Verbrennungsschwerpunkt derart be­ einflußt wird, daß sich die Abgastemperatur und/oder der Energiegehalt des Abgases erhöht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verbrennungsschwer­ punkt in Richtung spät verschoben wird. Die negativen Aus­ wirkungen auf die Verbrennung werden dadurch vermieden, daß vor der Einspritzung wenigstens zwei Voreinspritzungen er­ folgen.

Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine zeitlicher Verlauf des Ansteuersignals AD für die Kraftstoffzumessung, Fig. 3 Blockdiagramm eines Teils der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 4 eine Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Bei­ spiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines sogenannten Common-Rail-Systems gesteuert wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt. Sie kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.

Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über ei­ ne Ansaugleitung 102 Frischluft zugeführt bekommt und über eine Abgasleitung 104 Abgase abgibt. In der Abgasleitung 104 ist ein Abgasnachbehandlungsmittel 110 angeordnet, von dem die gereinigten Abgase über die Leitung 106 in die Umgebung gelangen. Das Abgasnachbehandlungsmittel 110 umfaßt im we­ sentlichen einen sogenannten Vorkatalysator 112 und stromab­ wärts einen Filter 114. Vorzugsweise zwischen dem Vorkataly­ sator 112 und dem Filter 114 ist ein Temperatursensor 124 angeordnet, der ein Temperatursignal T bereitstellt. Vor dem Vorkatalysator 112 und nach dem Filter 114 sind jeweils Sen­ soren 120a und 120b vorgesehen. Diese Sensoren wirken als Differenzdrucksensor 120 und stellen ein Differenzdrucksi­ gnal DP bereit, daß den Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels charakterisiert.

In der Abgasleitung 104 ist eine Turbine 162 angeordnet, die über eine Welle 164 einen in der Ansaugleitung 102 angeord­ neten Verdichter antreibt.

Der Brennkraftmaschine 100 wird über eine Kraftstoffzu­ meßeinheit 140 Kraftstoff zugemessen. Diese mißt über Injek­ toren 141, 142, 143 und 144 den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 100 Kraftstoff zu. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kraftstoffzumeßeinheit um ein sogenanntes Common-Rail-System. Eine Hochdruckpumpe Kraftstoff fördert Kraftstoff in einen Druckspeicher. Vom Speicher gelangt der Kraftstoff über die Injektoren in die Brennkraftmaschine.

An der Kraftstoffzumeßeinheit 140 sind verschiedene Sensoren 151 angeordnet, die Signale bereitstellen, die den Zustand der Kraftstoffzumeßeinheit charakterisieren. Hierbei handelt es sich bei einem Common-Rail-System beispielsweise um den Druck P im Druckspeicher. An der Brennkraftmaschine 100 sind Sensoren 152 angeordnet, die den Zustand der Brennkraftma­ schine charakterisieren. Hierbei handelt es sich vorzugswei­ se um einen Drehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal N bereit­ stellt und um weitere Sensoren, die nicht dargestellt sind.

Die Ausgangssignale dieser Sensoren gelangen zu einer Steue­ rung 130, die als einer erste Teilsteuerung 132 und einer zweiten Teilsteuerung 134 dargestellt ist. Vorzugsweise bil­ den die beiden Teilsteuerungen eine bauliche Einheit. Die erste Teilsteuerung 132 steuert vorzugsweise die Kraftstoff­ zumeßeinheit 140 mit Ansteuersignalen AD, die die Kraft­ stoffzumessung beeinflussen, an. Hierzu beinhaltet die erste Teilsteuerung 132 eine Kraftstofftnengensteuerung 136. Diese liefert ein Signal ME, daß die einzuspritzende Menge charak­ terisiert, an die zweite Teilsteuerung 134.

Die Brennkraftmaschine ist mit Mitteln ausgestattet, die das Abgas beeinflussen. Hierbei handelt es sich in den darge­ stellten Ausführungsformen um einen Lader und/oder einen Partikelfilter. Neben diesen können auch andere Mittel vor­ gesehen sein, die das Abgas beeinflussen. Solche Mittel zur Abgasbehandlung sind beispielsweise Katalysatoren.

Die zweite Teilsteuerung 134 steuert vorzugsweise das Abgas­ nachbehandlungssystem und erfaßt hierzu die entsprechenden Sensorsignale. Desweiteren tauscht die zweite Teilsteuerung 134 Signale, insbesondere über die eingespritzte Kraftstoff­ menge ME, mit der ersten Teilsteuerung 132 aus. Vorzugsweise nutzen die beiden Steuerungen gegenseitig die Sensorsignale und die internen Signale.

Die erste Teilsteuerung, die auch als Motorsteuerung 132 be­ zeichnet wird, steuert abhängig von verschiedenen Signalen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, den Zu­ stand der Kraftstoffzumeßeinheit 140 und die Umgebungsbedin­ gung charakterisieren sowie einem Signal, das die von der Brennkraftmaschine gewünschte Leistung und/oder Drehmoment charakterisiert, das Ansteuersignal AD zur Ansteuerung der Kraftstoffzumeßeinheit 140. Solche Einrichtungen sind be­ kannt und vielfältig eingesetzt.

Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen können Partikele­ missionen im Abgas auftreten. Hierzu ist es vorgesehen, daß die Abgasnachbehandlungsmittel 110 diese aus dem Abgas her­ ausfiltern. Durch diesen Filtervorgang sammeln sich in dem Filter 114 Partikel an. Diese Partikel werden dann in be­ stimmten Betriebszuständen und/oder nach Ablauf bestimmter Zeiten verbrannt, um den Filter zu reinigen. Hierzu ist üb­ licherweise vorgesehen, daß zur Regeneration des Filters 114 die Temperatur im Abgasnachbehandlungsmittel 110 soweit er­ höht wird, daß die Partikel verbrennen.

Häufig werden bei Brennkraftmaschinen Katalysatoren als Ab­ gasnachbehandlungsmittel eingesetzt. Insbesondere sogenannte DENOX-Katalysatoren müssen in gewissen Abständen regeneriert werden. Dies bedeutet, durch eine erhöhte Abgastemperatur werden Ablagerungen, insbesondere Schwefel und/oder Schwe­ felverbindungen, beseitigt.

Bei Partikelfiltern ist zur Temperaturerhöhung der Vorkata­ lysator 112 vorgesehen. Die Temperaturerhöhung erfolgt bei­ spielsweise dadurch, daß der Anteil an unverbrannten Kohlen­ wasserstoffen im Abgas erhöht wird. Diese unverbrannten Koh­ lenwasserstoffe reagieren dann in dem Vorkatalysator 112 und erhöhen dadurch dessen Temperatur und damit auch die Tempe­ ratur des Abgases, das in den Filter 114 gelangt.

Diese Temperaturerhöhung des Vorkatalysators und der Abga­ stemperatur erfordert einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und soll daher nur dann durchgeführt werden, wenn dies erforder­ lich ist, d. h. der Filter 114 mit einem gewissen Anteil von Partikeln beladen ist. Eine Möglichkeit den Beladungszustand zu erkennen besteht darin, den Differenzdruck DP zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels zu er­ fassen und ausgehend von diesem den Beladungszustand zu er­ mitteln. Dies erfordert einen Differenzdrucksensor 120.

Mittels verschiedener Sensoren wird die Größe B, die den Be­ ladungszustand des Filters 114 bestimmt. Die Größe B für den Beladungszustand wird dann zur Steuerung des Abgasnachbe­ handlungssystems verwendet, d. h. abhängig von dem Beladungs­ zustand wird dann ein Sonderbetriebszustand eingeleitet, der im folgenden auch als Regeneration bezeichnet wird.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung mit Lader und einem Abgas­ nachbehandlungsmittel 100 das einen Partikelfilter 114 um­ faßt dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch bei Systemen eingesetzt werden, die nur mit einem Lader oder nur mit einem Abgasnachbehandlungsmittel ausgestattet sind.

Erfindungsgemäß wird die Regeneration dadurch eingeleitet und/oder unterstützt, daß die Abgastemperatur erhöht wird. Zur Erhöhung der Abgastemperatur erfolgt eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes in Richtung spät. Dies bedeu­ tet, daß ein wesentlicher Teil der Einspritzung erst nach dem oberen Totpunkt OT erfolgt. Bei einer späten Einsprit­ zung ergeben sich in der Regel verschlechterte Abgasemissio­ nen. Diesen wird dadurch entgegengewirkt, daß vor der ei­ gentlichen Haupteinspritzung wenigstens zwei Voreinsprit­ zungen erfolgen.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Erhöhung der Abgastemperatur bei einer mit einem Lader ausgestatteten Brennkraftmaschine bei Vorliegen von Sonderbetriebszuständen. Bei Brennkraftma­ schinen mit einem Lader kann das folgende Problem auftreten. Wird bei kleinen Lasten, das heißt kleinen Einspritzmengen, und/oder kleinen Drehzahlen eine Beschleunigung der Brenn­ kraftmaschine gewünscht, so reagiert der Lader erst mit ei­ ner gewissen zeitlichen Verzögerung, da er in diesem Be­ triebszustand nur wenig Energie zur Verdichtung zur Verfü­ gung hat. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß solche Be­ triebszustände als Sonderbetriebszustand angesehen werden, in denen Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur einge­ leitet werden.

In der Fig. 2 sind die Verläufe des Ansteuersignals A für einen der Injektoren 141 bis 144 über der Zeit aufgetragen. In der Teilfigur 2a sind die Verhältnisse im Normalbetrieb aufgetragen. Die Haupteinspritzung HE, bei der der wesentli­ che Anteil an Kraftstoff der Brennkraftmaschine zugemessen wird, erfolgt im Bereich des oberen Totpunktes OT. Vor der Haupteinspritzung HE erfolgt eine erste Voreinspritzung VE1. Diese dient zur Konditionierung des Brennraums. Durch die Voreinspritzung können die Emissionen, insbesondere Schall­ emissionen deutlich reduziert werden. Zur weiteren Verbesse­ rung der Verbrennung kann eine zweite Voreinspritzung VE2 vorgesehen sein, die gestrichelt dargestellt ist. Die beiden Voreinspritzungen erfolgen deutlich vor dem oberen Totpunkt.

In der Teilfigur 2b sind die Verhältnisse bei Vorliegen des Sonderbetriebszustandes aufgetragen. Die Haupteinspritzung HE, bei der der wesentliche Anteil an Kraftstoff der Brenn­ kraftmaschine zugemessen wird, ist deutlich in Richtung spät verschoben. Sie erfolgt nach dem oberen Totpunkt OT. Vor der Haupteinspritzung HE erfolgt eine erste Voreinspritzung VE1. Diese dient zur Konditionierung des Brennraums vor der Haupteinspritzung. Zur Konditionierung des Brennraums vor der ersten Voreinspritzung VE1 ist eine zweite Voreinsprit­ zung VE2 vorgesehen. Die erste Voreinspritzungen erfolgt un­ mittelbar vor oder im Bereich des oberen Totpunkts. Deswei­ teren wird bei der ersten Voreinspritzung VE1 gegenüber dem Normalbetrieb eine erhöhte Kraftstoffmenge zugemessen.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Block­ diagramm dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene Ele­ mente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.

Die zweite Teilsteuerung 134 liefert eine Größe an eine Kor­ rekturwertermittlung 300, die anzeigt, ob ein Sonderbe­ triebszustand vorliegt. Bei einer Brennkraftmaschine mit Partikelfilter handelt es sich hierbei um eine Größe B, die den Beladungszustand des Filters 114 charakterisiert. Die Korrekturwertermittlung 300 beaufschlagt eine Korrektur 310 mit Korrekturwerte DFB und DME. Die erste Teilsteuerung be­ aufschlagt die Korrektur mit Signalen FB und ME. Die Korrek­ tur liefert dann das Signal AD an die Kraftstoffzumeßein­ heit.

Ausgehend von verschiedenen Signalen berechnet die erste Teilsteuerung Signale, die den Einspritzbeginn FB und die Einspritzdauer ME bestimmen. Diese Berechnung erfolgt sowohl für die Haupteinspritzung als auch für die Voreinspritzun­ gen. Erkennt die Korrekturwertermittlung 300, daß ein Son­ derbetriebszustand vorliegt, so liefert sie die Korrektur­ werte DFB und DME an die Korrektur 310. Mittels dem Signal DFB wird der Beginn der Einspritzung und mit dem Signal DME die Dauer der Einspritzung korrigiert. Der Korrekturwert DFB ist so gewählt, daß die Einspritzung wie in Fig. 2 darge­ stellt in Richtung spät verschoben wird. Der Korrekturwert DME ist so gewählt, daß das von der Brennkraftmaschine abge­ gebenes Moment, konstant bleibt. Ferner ist der Korrektur­ wert DME, insbesondere bei der Voreinspritzung, so gewählt, daß die Emissionen verringert werden.

In der Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. In einem er­ sten Schritt werden verschiedene Größen erfaßt. Beispiels­ weise wird der Beladungszustand B des Filters 114 ermittelt. Die anschließende Abfrage 410 überprüft, ob ein Sonderbe­ triebszustand vorliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Beladungszustand B einen Schwellwert übersteigt. Liegt kein Sonderbetriebszustand vor so folgt erneut Schritt 400. Liegt ein Sonderbetriebszustand vor, so werden in Schritt 420 die oben beschriebenen Maßnahmen eingeleitet.

Bei einer Brennkraftmaschine mit Lader wird in einem ersten Schritt verschiedene. Größen, wie beispielsweise die Drehzahl und/oder eine Lastgröße erfaßt. Die anschließende Abfrage 410 überprüft, ob ein Sonderbetriebszustand vorliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Drehzahl N kleiner und/oder die Last größer als ein Schwellwert sind. Liegt kein Sonderbetriebszustand vor so folgt erneut Schritt 400.

Liegt ein Sonderbetriebszustand vör, so werden in Schritt 420 die oben beschriebenen Maßnahmen eingeleitet.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes in Richtung spät, die Turbinenlei­ stung des Laders bei gleicher Abgasemission deutlich gestei­ gert werden kann.

Die Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs wird dadurch mini­ miert, daß die Maßnahme nur bei Vorliegen des Sonderbe­ triebszustand, wie beispielsweise beim Beschleunigen aus niederen Drehzahlen und/oder zur Regeneration des Partikel­ filters, eingesetzt wird.

Durch die zweite Voreinspritzung kann die Haupteinspritzung sehr weit nach spät verschoben werden, ohne daß größere Emissionen auftreten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die Mittel umfaßt, die das Abgas der Brennkraftmaschine be­ einflussen, wobei bei Vorliegen bestimmter Bedingungen ein Sonderbetriebszustand eingeleitet wird, in dem ein erhöhter Energiegehalt des Abgases gewünscht ist, wobei in dem Sonderbetriebszustand ein Verbrennungsschwerpunkt derart beeinflußt wird, daß sich die Abgastemperatur er­ höht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsschwerpunkt in Richtung spät verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sonderbetriebszustand wenigstens eine erste und eine zweite Voreinspritzung vor einer Haupteinspritzung er­ folgt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Mittel, die das Abgas beeinflussen um einen Lader, einen Partikelfilter und/oder einen Katalysator handelt.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonderbetriebszustand eingeleitet wird, wenn eine Größe, die den Beladungszustand des Par­ tikelfilters charakterisiert, einen Schwellwert über­ steigt.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sonderbetriebszustand eingeleitet wird, wenn eine Erhöhung der Leistung des Laders ge­ wünscht ist.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die Mittel umfaßt, die das Abgas der Brennkraftmaschine be­ einflussen, wobei bei Vorliegen bestimmter Bedingungen ein Sonderbetriebszustand eingeleitet wird, in dem ein erhöhter Energiegehalt des Abgases gewünscht ist, mit Mitteln, die in dem Sonderbetriebszustand ein Verbren­ nungsschwerpunkt derart beeinflussen, daß sich die Abga­ stemperatur erhöht.