EP1422410A2 - Method for operating a multi-cylinder internal combustion engine with NOx-catalyst - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for Operating a multi-cylinder internal combustion engine, in whose exhaust stream is a nitrogen oxide (NOx) storage catalyst is arranged. In the process, if necessary, from a Normal operation in a heating operation for heating the NOx storage catalyst passed. During heating operation is at least temporarily part of the cylinder Internal combustion engine with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio and another part of the Cylinders with a rich air-fuel ratio operated.
- NOx nitrogen oxide
- the invention also relates to a control device for controlling and / or rules of a multi-cylinder internal combustion engine, the one in an exhaust stream of the internal combustion engine arranged nitrogen oxide (NOx) storage catalytic converter has.
- the control unit transfers the internal combustion engine as needed from a normal operation to a heating operation for heating of the NOx storage catalyst. In the heating operation operates the control unit is a part of the cylinder Internal combustion engine with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio and another part of the Cylinders with a rich air-fuel ratio.
- the present invention also relates to a Computer program running on a computing device, in particular on a microprocessor, a controller for controlling and / or rules of a multi-cylinder internal combustion engine is executable.
- NOx storage catalysts must be periodically desulfurized.
- the active centers of the NOx storage catalysts have, in addition to their affinity for NOx, a high affinity for sulfur oxides (SOx). These also occur during combustion of the fuel and occupy primarily the active centers of the storage catalyst.
- SOx sulfur oxides
- the resulting sulfates are thermally stable so that they can not be released at normal operating temperature of the NOx storage catalyst.
- the storage capacity of the catalyst for nitrogen oxides decreases with increasing sulfur loading. Only at an elevated temperature in the catalyst above 600 ° C and at the same time reducing conditions (lambda ⁇ 1), these sulfates are no longer thermodynamically stable and are released as hydrogen sulfide (H 2 S) and sulfur dioxide (SO 2 ).
- the storage catalytic converter In order to maintain or restore the NOx storage capacity and to regenerate the catalyst, the storage catalytic converter has to be briefly operated at elevated temperatures (heating mode) at certain intervals. To do this, the storage catalytic converter must be heated to around 650 ° C while driving.
- the process of desulfurization is described in detail in EP 0 911 499 A2, for example. This document is expressly incorporated by reference.
- the internal combustion engine For heating the NOx storage catalytic converter during the Heating operation is the internal combustion engine in one operated so-called split-lambda operation. That means, that a part of the cylinder of the internal combustion engine with a lean or at least stoichiometric air-fuel ratio (Lambda) (so-called lean cylinder bank) and the remaining part of the cylinder with a rich air-fuel ratio is operated (so-called fat Cylinder bank).
- Lambda lean or at least stoichiometric air-fuel ratio
- fat Cylinder bank fat Cylinder bank
- the Heating of the NOx storage catalyst is then carried out by means the exothermic reaction of fuel and oxygen in the catalyst.
- split lambda mode the Temperature of the NOx storage catalyst to over 620 ° C. heated. At about 750 ° C, however, with a thermal Destruction of the catalyst to be expected.
- split lambda mode So are the split requirements constantly varies so that the temperature of the catalyst in moved to the specified temperature window.
- the split lambda mode an internal combustion engine is described in detail in the DE 195 22 165 A1. Regarding the process and how the split lambda operation works expressly referred to this document.
- the Total exhaust lambda that is the sum or the Arithmetic means of exhaust lambras with fat Mixture operated cylinder and the lean mixture operated cylinder, is stoichiometric or light skinny. The exhaust gas mixture then reacts in the front part of the NOx storage catalyst.
- the stored sulfur can be discharged from the catalytic converter under reducing conditions (exhaust lambda ⁇ 1).
- exhaust lambda reducing conditions
- the NOx storage catalytic converter is supplied with constant rich exhaust gas mixture as a reducing agent during desulfurization, sulfur-hydrogen (H 2 S) is formed. This has an unpleasant odor, and for persons who are exposed to the exhaust gas, in particular inhale the exhaust gas, there is a risk of sulfur poisoning.
- the total air-fuel ratio may be subject to continuous fluctuations to periodically store unburned oxygen into the catalyst (so-called wobbly exhaust lambda).
- Torque Due to the different lambda efficiencies in the Normal operation and in heating mode, it can when switching between the two operating modes to clear Variations of a given by the internal combustion engine Torque come that is both subjective and also objectively extremely disturbing on the drivability of a with the Internal combustion engine equipped vehicle.
- the Torque fluctuations are as disturbing jerking the Internal combustion engine noticeable.
- the torque fluctuations occur especially with changes in the lean air-fuel ratio on.
- the present invention is therefore the task Basically, when operating an internal combustion engine with a NOx storage catalyst when switching from one Normal operation in a heating mode and vice versa, in particular with dynamic variation of the cylinder lambda, unwanted fluctuations of one of the To reduce internal combustion engine output torque.
- the present invention proposes starting from the method of the type mentioned, that a lambda efficiency of having a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine during the transition from Normal operation in the heating mode or by the Heating operation in normal operation a predetermined Gradient does not exceed.
- These changes are caused by the changing ones Air-fuel ratios in the individual cylinders, there the total air-fuel ratio of all cylinders should remain as constant as possible.
- a change the air-fuel ratio of lean Air-fuel ratio operated cylinder affects strong on the lambda efficiency and thus on the Output from the internal combustion engine torque.
- the course of the lambda efficiency at least for the duration of the transition between normal operation and split lambda operation be specified.
- the Course of at least one size which is indirect or directly affects lambda efficiency, is given.
- Such a size is for example the Air-fuel ratio or the air-filling of the operated a lean air-fuel ratio Cylinder.
- the gradients are chosen so that the Changes in lambda efficiency within specifiable Move boundaries.
- the courses of the Lambda efficiency easy on predefinable thresholds to limit.
- the air-fuel ratio of having a lean or stoichiometric air-fuel ratio (lambda ⁇ 1) operated cylinder of the internal combustion engine can for example, depending on a load and speed-dependent operating state of the internal combustion engine be specified. It can be operating states in which the Air-fuel ratio leaner and others Operating conditions are defined in which the air-fuel ratio is a bit fatter, but still in the lean or at least in the stoichiometric range.
- the air-fuel ratio the lean-burn cylinder can for example, based on a model or a model Map of the engine speed and load requirements be determined by the driver.
- the default air-fuel ratio can for example a lambda control supplied as a setpoint, which then a Lambda actual value for the lean-operated cylinder on the regulated setpoint.
- the maximum lean exhaust lambda will depend on the current speed and that given by the driver Desired moment determined. Depending on a measured or modeled temperature, this lean exhaust lambda can on to the stoichiometric air-fuel ratio be moved. This makes it possible to get one desired temperature range for the NOx storage catalyst observed.
- the air-fuel ratio of having a rich air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine is dependent on the given lean air-fuel ratio operated cylinder and of a predetermined total air-fuel ratio all cylinders of the internal combustion engine (so-called total lambda) given.
- the air filling of all cylinders is through the Throttle valve adjusted so that the moment of all Cylinder on average to the desired torque given by the driver equivalent.
- the rich air-fuel ratio must be correspondingly leaps and bounds change, so the resulting total lambda on average remains equal to 1.
- the split lambda operation is not just for heating the NOx storage catalyst before desulfurization, but also for keeping the NOx storage catalytic converter warm during desulfurization can be used. That's it required that the total exhaust lambda in time Medium is slightly fat.
- the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation falls linearly over time or increases.
- the gradient of lambda efficiency can be simple Be limited.
- the lambda efficiency of the cylinder of the internal combustion engine operated with a lean or stoichiometric air-fuel ratio during the transition from the normal operation to the heating operation or from the heating operation to the normal operation decreases or increases in a time-dependent manner along a sigmoid function
- a sigmoid function has the equation (1 + e -cx ) -1 , whereby the factor c can be used to specify the steepness of the sigmoid function.
- the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation as a function of a speed of Internal combustion engine and / or of a predetermined desired torque linear decreases or increases.
- the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation as a function of a speed of Internal combustion engine and / or of a predetermined desired torque along a sigmoid function drops or increases.
- the air-fuel ratio the one with a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine time-dependent during the Transition from normal operation to heating mode initially rises steeply from an initial value and then slowly approaches a final value or during the Transition from heating to normal operation in reverse direction from the final value slowly and towards the end of the transition drops steeply to the initial value.
- the air-fuel ratio approaches the final value slow, but it reaches very well after one finite time.
- the final value is in the lean range (Lambda> 1) and corresponds to the air-fuel ratio after or before the transition.
- the air-fuel ratio the one with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine as a function of a speed of Internal combustion engine and / or from a predefinable desired torque during the transition from normal operation to the heating operation starting from an initial value first rises steeply and then slowly approaches a final value or during the transition from the heating operation in the Normal operation in the opposite direction from the End value slowly and towards the end of the transition steeply on the Initial value drops.
- This embodiment in which the Air-fuel ratio speed-dependent and / or is determined depending on the torque, is for such cases thought that during the transition of the Internal combustion engine also a speed change and / or Desired torque change takes place.
- the inventive method at constant or slow varying predetermined desired torque of Internal combustion engine (stationary or quasi-stationary Case) is executed.
- the present invention proposes that the air-fuel ratio the one with a rich air-fuel ratio operated cylinder of the internal combustion engine in Dependence on the given air-fuel ratio the one with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio operated cylinder and one Total air-fuel ratio of all cylinders determined becomes.
- a regeneration operation activated, in which a total air-fuel ratio all cylinders between rich and lean back and forth is switched, wherein the time average of the total air-fuel ratio is fat.
- the total lambda the cylinder of the internal combustion engine can, for example be changed periodically.
- the total air-fuel ratio all cylinders through a variation of the air-fuel ratio the one with a rich air-fuel ratio operated cylinder of the internal combustion engine between slightly fat and slightly lean back and forth is switched.
- a variation of the air-fuel ratio the rich cylinder during lambda split operation an internal combustion engine affects much less on that of the internal combustion engine output torque as a variation of the lean ones Cylinder. In this way, the total lambda can be between bold and lean switched back and forth, the resulting torque fluctuations to a minimum reduced and with little effort by appropriate measures can be reduced or even compensated.
- control unit the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation so controls and / or regulates that a Lambda efficiency of having a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine a predefinable Gradient does not exceed.
- control device means of execution of the method according to the invention.
- the computer program is on one Computing device, in particular on a microprocessor, executable and for the execution of the invention Suitable method.
- the Invention realized by the computer program, so that this computer program in the same way the invention represents how the method to perform the Computer program is suitable.
- the computer program is preferably stored on a memory element.
- Memory element may in particular an electrical Storage medium are used, for example, a Random access memory (RAM), a read only memory (ROM) or a flash memory.
- FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention of a motor vehicle in its entirety with the Reference numeral 1 denotes.
- the internal combustion engine 1 has four cylinders 2, 3, 4, 5 on.
- the Internal combustion engine 1 also a different number of cylinders, for example, two, three, five, six, eight, ten or twelve.
- the internal combustion engine 1 can be used as a be formed direct injection internal combustion engine, at the fuel via injectors (not shown) directly into combustion chambers of the cylinders 2, 3, 4, 5 is injected. In the combustion chambers, the mixes injected fuel with air that is over (not shown) inlet channels into the combustion chambers of the cylinder 2, 3, 4, 5 passes.
- the internal combustion engine 1 can also as an internal combustion engine with intake manifold injection be formed at the fuel in inlet channels of the Cylinder 2, 3, 4, 5 is injected.
- the fuel-air mixture then passes from the inlet channels in the Combustion chambers of cylinders 2, 3, 4, 5.
- the total cylinder of the internal combustion engine 1 are at two split so-called cylinder banks.
- the Pre-catalysts 8, 9 are, for example, as three-way catalysts educated.
- In the flow direction behind the Both pre-catalysts 8, 9 are each a lambda probe 10, 11 arranged in the exhaust stream to the air-fuel ratio (Lambda) in the exhaust behind the To detect pre-catalysts 8, 9.
- a control unit 13 which a control and / or regulation of the internal combustion engine. 1 allows.
- the control unit 13 receives via input signals 14 Information about the operating status of the Internal combustion engine 1 or other components of Motor vehicle.
- the input signals 14 are from suitable sensors measured, for example, the lambda probes 10, 11, or are from other available sizes modeled.
- Input signals 14 include signals about the torque request of the driver Mw, the example.
- About the position of an accelerator pedal is recorded, signals about the engine speed n, which via a example.
- At Crankshaft 6 is arranged arranged speed sensor, or signals over the sucked air, over one Air mass meter are recorded.
- an electrical storage element 15 is provided which for example, is designed as a flash memory.
- On the memory element 15 is a computer program stored, which the control and / or regulating function of Controller 13, when it is on a computing device 16, which is designed in particular as a microprocessor, expires. For processing the computer program this is either by command or by section from the Memory element 15 via a data link 17 to the Calculator 16 transfer. Likewise, in reverse Direction results of calculations made in the context of Processing the computer program on the computing device 16 or received inputs 14 over the Data connection 17 transmitted to the memory element 15 and be stored there.
- the data connection 17 is for example, formed as a data bus.
- output signals 18 generates, for driving the internal combustion engine 1 at suitable actuators, for example, to a throttle valve in the intake ports for varying the intake air amount, on Intake valves or exhaust valves of the combustion chambers or on Injectors are guided.
- NOx nitrogen oxides
- the NOx storage catalyst 12 must be periodically desulfurized.
- the active centers of the NOx storage catalyst 12 have, in addition to their affinity for NOx, a high affinity for sulfur oxides (SOx). These also arise during the combustion of the fuel and occupy primarily the active centers of the storage catalyst 12.
- SOx sulfur oxides
- the resulting sulfates are thermally stable so that they can not be released at normal operating temperature of the NOx storage catalyst 12.
- the storage capacity of the catalyst 12 for nitrogen oxides decreases with increasing sulfur loading.
- the Internal combustion engine 1 for heating the NOx storage catalytic converter 12 is the Internal combustion engine 1 in a so-called split lambda mode operated. That means' that part of the cylinder 2, 5 of the internal combustion engine 1 with a lean or at least stoichiometric air-fuel ratio (Lambda) and the remaining part of the cylinder 3, 4 with a rich air-fuel ratio is operated.
- the Split lambda operation reaches the internal combustion engine 1 unburnt fuel and not burnt Oxygen in the NOx storage catalyst 12 and is there burned.
- the heating of the NOx storage catalytic converter 12 then takes place by means of the exothermic reaction of fuel and oxygen in the catalyst 12.
- split lambda mode the temperature of the NOx storage catalyst 12 heated to over 620 ° C.
- split lambda mode so are constantly the Split requirements about the lean air-fuel ratio Lambda_1 and the rich air-fuel ratio Lambda_2 varies, so the temperature of the catalyst 12 in the indicated temperature window emotional.
- the split lambda operation of an internal combustion engine is described in detail in DE 195 22 165 A1. Regarding the operation and operation of split lambda operation is expressly to this document Referenced.
- the exhaust gas mixture then reacts in the front part of the NOx storage catalyst 12.
- rich exhaust gas mixture (Lambda_ges ⁇ 1) is supplied as reducing agent to the NOx storage catalytic converter 12 during the desulfurization, sulfur-hydrogen (H 2 S) can form.
- sulfur-hydrogen H 2 S
- the total air-fuel ratio (Lambda_ges) may be subject to continuous, preferably periodic, fluctuations during operation of the internal combustion engine 1 (so-called wobbling exhaust lambda).
- FIG. 5 shows a profile of a lambda efficiency ⁇ over time t.
- Reference numeral 21 denotes the profile of the lambda efficiency ⁇ (lambda_2 ⁇ 1) for a rich air-fuel ratio.
- the course of the lambda efficiency ⁇ (lambda_1> 1) for a lean air-fuel ratio is designated by reference numeral 22.
- Reference numeral 23 denotes the profile of a mean lambda efficiency ⁇ (lambda) _kar, which results from the arithmetic mean of the two lambda efficiencies ⁇ (lambda_1) and ⁇ (lambda_2).
- the output from the internal combustion engine 1 torque is dependent on the lambda efficiency ⁇ .
- the split lambda mode is active, ie, the NOx storage catalytic converter 12 is heated.
- split lambda is inactive, ie the internal combustion engine is in normal operation.
- transition area C In between there is a transition area C, in which a transition is made between normal operation and heating operation.
- FIG. 6 shows the course of the air-fuel ratio (lambda) over time t.
- the time profile of the lean air-fuel ratio (lambda> 1) is designated by the reference numeral 25.
- the reference numeral 26 denotes the time course of the rich air-fuel ratio (lambda ⁇ 1).
- FIG. 7 shows the course of the filling of the combustion chambers of the internal combustion engine 1 with air over the time t.
- FIG. 8 shows the relationship between the lambda efficiency ⁇ (lambda) and the air-fuel ratio lambda.
- the lambda efficiency ⁇ (lambda) of the cylinders 2, 5 of the internal combustion engine 1 operated with a lean or stoichiometric air-fuel ratio lambda_1 is prevented exceeds a predetermined gradient.
- the profile 22 of the lambda efficiency ⁇ (lambda_1) of the cylinders 2, 5 operated with a lean or stoichiometric air-fuel ratio lambda_1 drops in the transitional region C in a time-dependent continuous and substantially ramp-shaped linear manner.
- the curve 22 of the lambda efficiency ⁇ (lambda_1> 1) of the lean air-fuel ratio lambda_1 is specified, because changes in the air-fuel ratio there have a particularly pronounced effect on the lambda efficiency ⁇ and thus on the output torque ,
- the resulting curve 25 of the air-fuel ratio Lambda_1 is shown in FIG.
- the profile 25 of the resulting air-fuel ratio can be determined on the basis of the relationships from FIG. 8 or using a characteristic diagram.
- the time axis t is traversed from left to right.
- the lambda efficiencies ⁇ (lambda_1> 1), ⁇ (lambda_2 ⁇ 1) and thus also ⁇ (lambda) _kar have a substantially horizontal course, that is to say they are essentially constant.
- the internal combustion engine 1 is in a stationary or quasi-stationary state.
- the lambda efficiency ⁇ (lambda_1) on the lean cylinder bank 2, 5 is continuously driven to 100% after aborting the operating mode lambda split.
- the aim is to limit the change in efficiency for the lean-operated cylinder 2, 5 to a specific gradient and to obtain a substantially constant desired torque.
- the profile 22 in the transition region C can also be made sigmoidal.
- a sigmoid function has the equation (1 + e -cx ) -1 , whereby the factor c can be used to specify the steepness of the sigmoid function.
- the sigmoid function is shown in dashed lines in FIG. 5 and designated by the reference numeral 22 '. Apart from the ramp-like and the sigmoid-like course 22 in the area C, a large number of other courses are conceivable. Decisive for the choice of the course 22 in the transition region C is that a predeterminable gradient is not exceeded.
- the course 22 of Lambda efficiency ⁇ (Lambda_1) becomes a characteristic map taken as in Figure 9 and in Figures 10 and 11 is shown in section.
- the lambda efficiency ⁇ (lambda_1) is then 100%.
- n and at a mean desired torque Mw is the Lambda efficiency ⁇ (lambda_1), however, particularly low ( ⁇ (lambda_1) «100%).
- the resulting air-fuel ratio Lambda_1 is very lean (Lambda_1 >> 1).
- the lambda efficiency continue towards 100% lambda efficiency shifted to the catalyst 12 in the to maintain the desired temperature window.
- the speed and torque dependent transition between the Heating and normal operation can be linear (solid line in Figures 10 and 11). But it is also possible that the transition along a Sigmoid function (dashed line in FIGS. 10 and 11) or any other function.
- the History 25 of the air-fuel ratio Lambda_1 is taken from a map, as shown in Figure 2 and in the Figures 3 and 4 is shown in section.
- the speed and torque dependent transition between the Heating operation and normal operation can be done along in the Figures 3 and 4 drawn by solid line. But it is also conceivable that the transition along a steeper or flatter line (dashed lines in the FIGS. 3 and 4).
- the maximum value for the particularly lean air-fuel ratio (Lambda_1 >> 1) is preferably in the range of the burning limit of Fuel-air mixture in which the mixture just barely can be safely inflamed and completely burned.
- the air-fuel ratio Lambda_2 with a rich air-fuel ratio operated cylinder 3, 4 the internal combustion engine 1 is a function of the Temperature of the NOx storage catalyst 12 and the given air-fuel ratio Lambda_1 with the a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder 2, 5 and a predetermined Total air-fuel ratio (lambda_ges) of all Cylinders 2, 3, 4, 5 determined.
- the present invention provides in the form of a Feedforward control setpoint values for a downstream lambda control.
- the transition to and realized from the mode lambda split such that the desired driver request torque implemented as a target torque can be and thus undesirable torque changes and Consequently, a jerking of the internal combustion engine 1 prevented can be.
- a constant torque be set.
- the stored sulfur can be discharged from the catalytic converter 12 under reducing conditions (Lambda_ges on average over time ⁇ 1).
- reducing conditions Libda_ges on average over time ⁇ 1
- sulfur-hydrogen H 2 S
- the total air-fuel ratio Lambda_ges may be subject to continuous fluctuations to periodically store unburned oxygen into the catalytic converter 12 (so-called wobbly exhaust lambda).
- the wobble of the total exhaust lambda (Lambda_ges) was generated by periodically changing all cylinder lambda.
- a lambda change will be pre-controlled only for the cylinders 3, 4 operated with a rich air-fuel ratio Lambda_2. Since the efficiency curve for a rich air-fuel ratio Lambda_2 has a significantly lower gradient, this can limit the gradient of the efficiency change.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (1), in deren Abgasstrom ein Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysator (12) angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird bei Bedarf aus einem Normalbetrieb in einen Heizbetrieb zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators (12) übergegangen. In dem Heizbetrieb wird ein Teil der Zylinder (2, 5) der Brennkraftmaschine (1) mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_1) und ein anderer Teil der Zylinder (3, 4) mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_2) betrieben (sog. Split-Lambda-Betrieb). Um störende Drehmomentschwankungen während eines Übergangs zwischen dem Normalbetrieb und dem Heizbetrieb zu verringern, wird vorgeschlagen, dass ein Lambda-Wirkungsgrad (η(Lambda_1)) der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_1) betriebenen Zylinder (2, 5) der Brennkraftmaschine (1) während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb einen vorgebbaren Gradienten nicht übersteigt. Dies kann bspw. dadurch erzielt werden, dass der Lambda-Wirkungsgrad (η(Lambda_1)) oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_1) der mager betriebenen Zylinder (2, 5) der Brennkraftmaschine (1) zeitabhängig oder in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) oder einem Wunsch-Drehmoment (Mw) der Brennkraftmaschine (1) während des Übergangs vorgegeben werden. The invention relates to a method for operating a multi-cylinder internal combustion engine (1), in whose exhaust gas stream a nitrogen oxide (NOx) storage catalytic converter (12) is arranged. In the method, if necessary, a transition from normal operation to heating operation for heating the NOx storage catalytic converter (12). In the heating operation, a part of the cylinders (2, 5) of the internal combustion engine (1) with a lean or stoichiometric air-fuel ratio (Lambda_1) and another part of the cylinders (3, 4) with a rich air-fuel ratio (Lambda_2) operated (so-called split lambda operation). In order to reduce disturbing torque fluctuations during a transition between the normal operation and the heating operation, it is proposed that a lambda efficiency (η (lambda_1)) of the cylinder operated with a lean or stoichiometric air-fuel ratio (lambda_1) (2, 5) the internal combustion engine (1) during the transition from the normal operation in the heating operation or from the heating operation in the normal operation does not exceed a predetermined gradient. This can be achieved, for example, by the lambda efficiency (η (lambda_1)) or an air-fuel ratio (lambda_1) of the lean-operated cylinders (2, 5) of the internal combustion engine (1) being time-dependent or depending on a rotational speed (n) or a desired torque (Mw) of the internal combustion engine (1) can be specified during the transition.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrom ein Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysator angeordnet ist. Bei dem Verfahren wird bei Bedarf aus einem Normalbetrieb in einen Heizbetrieb zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators übergegangen. Während des Heizbetriebs wird zumindest zeitweise ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein anderer Teil der Zylinder mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben.The present invention relates to a method for Operating a multi-cylinder internal combustion engine, in whose exhaust stream is a nitrogen oxide (NOx) storage catalyst is arranged. In the process, if necessary, from a Normal operation in a heating operation for heating the NOx storage catalyst passed. During heating operation is at least temporarily part of the cylinder Internal combustion engine with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio and another part of the Cylinders with a rich air-fuel ratio operated.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, die einen in einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysator aufweist. Das Steuergerät überführt die Brennkraftmaschine bei Bedarf aus einem Normalbetrieb in einen Heizbetrieb zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators. In dem Heizbetrieb betreibt das Steuergerät einen Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen anderen Teil der Zylinder mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis.The invention also relates to a control device for controlling and / or rules of a multi-cylinder internal combustion engine, the one in an exhaust stream of the internal combustion engine arranged nitrogen oxide (NOx) storage catalytic converter has. The control unit transfers the internal combustion engine as needed from a normal operation to a heating operation for heating of the NOx storage catalyst. In the heating operation operates the control unit is a part of the cylinder Internal combustion engine with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio and another part of the Cylinders with a rich air-fuel ratio.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogramm, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, eines Steuergeräts zum Steuern und/oder Regeln einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ablauffähig ist.Finally, the present invention also relates to a Computer program running on a computing device, in particular on a microprocessor, a controller for controlling and / or rules of a multi-cylinder internal combustion engine is executable.
Aus der DE 195 22 165 A1 ist beispielsweise eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem in dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten Abgassystem zur Abgasreinigung bekannt. Das Abgassystem umfasst einen Drei-Wege-Katalysator und einen Stickoxid (NOx)-Speicherkatalysator. Bei einem Magerbetrieb ist stets ein Sauerstoffüberschuss in dem Abgassystem vorhanden. Aus diesem Grund können Stickoxide (NOx), die in den Abgasen enthalten sind, während des Magerbetriebs der Brennkraftmaschine nicht in dem Drei-Wege-Katalysator reduziert werden. Um die Abgabe derartiger Stickoxide an die Umgebungsatmosphäre zu verhindern, ist es daher vorgesehen, diese in dem NOx-Speicherkatalysator aufzufangen und bei Temperaturen zwischen 200°C und 500°C periodisch mit Reduktionsmittel zu reduzieren. Dieser Vorgang wird als Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet. Ein derartiges Abgassystem, bei dem ein motornaher Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts ein NOx-Speicherkatalysator eingesetzt werden, ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt.From DE 195 22 165 A1, for example, a multi-cylinder internal combustion engine with a in the Exhaust stream of the internal combustion engine arranged exhaust system known for emission control. The exhaust system includes a Three-way catalyst and a nitrogen oxide (NOx) storage catalyst. In a lean operation is always a Oxygen surplus present in the exhaust system. Out For this reason, nitrogen oxides (NOx) that are present in the exhaust gases contained during lean operation of the Internal combustion engine not in the three-way catalyst be reduced. To the delivery of such nitrogen oxides It is, therefore, to prevent the ambient atmosphere provided, these in the NOx storage catalyst at temperatures between 200 ° C and 500 ° C to reduce periodically with reducing agent. This Operation is called regeneration phase of the NOx storage catalyst designated. Such a thing Exhaust system in which a close-coupled three-way catalyst and downstream of a NOx storage catalyst used is in itself known from the prior art.
Darüber hinaus müssen NOx-Speicherkatalysatoren periodisch entschwefelt werden. Die aktiven Zentren der NOx-Speicherkatalysatoren besitzen neben ihrer Affinität für NOx auch eine hohe Affinität für Schwefeloxide (SOx). Diese entstehen ebenfalls bei der Verbrennung des Kraftstoffs und belegen primär die aktiven Zentren des Speicherkatalysators. Die dabei entstehenden Sulfate sind thermisch so stabil, dass sie bei normaler Betriebstemperatur des NOx-Speicherkatalysators nicht freigesetzt werden können. Als Folge sinkt mit zunehmender Schwefelbeladung die Speicherfähigkeit des Katalysators für Stickoxide. Erst bei einer erhöhten Temperatur in dem Katalysator über 600°C und bei gleichzeitig reduzierenden Bedingungen (Lambda < 1) sind diese Sulfate thermodynamisch nicht mehr stabil und werden als Schwefelwasserstoff (H2S) und als Schwefeldioxid (SO2) freigesetzt. Um die NOx-Speicherfähigkeit zu erhalten bzw. wieder herzustellen und den Katalysator zu regenerieren, muss in bestimmten Abständen der Speicherkatalysator kurzzeitig fett bei erhöhten Temperaturen (Heizbetrieb) betrieben werden. Dafür muss der Speicherkatalysator im Fahrbetrieb auf ungefähr 650°C aufgeheizt werden. Der Vorgang der Entschwefelung ist beispielsweise in der EP 0 911 499 A2 ausführlich beschrieben. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich Bezug genommen.In addition, NOx storage catalysts must be periodically desulfurized. The active centers of the NOx storage catalysts have, in addition to their affinity for NOx, a high affinity for sulfur oxides (SOx). These also occur during combustion of the fuel and occupy primarily the active centers of the storage catalyst. The resulting sulfates are thermally stable so that they can not be released at normal operating temperature of the NOx storage catalyst. As a result, the storage capacity of the catalyst for nitrogen oxides decreases with increasing sulfur loading. Only at an elevated temperature in the catalyst above 600 ° C and at the same time reducing conditions (lambda <1), these sulfates are no longer thermodynamically stable and are released as hydrogen sulfide (H 2 S) and sulfur dioxide (SO 2 ). In order to maintain or restore the NOx storage capacity and to regenerate the catalyst, the storage catalytic converter has to be briefly operated at elevated temperatures (heating mode) at certain intervals. To do this, the storage catalytic converter must be heated to around 650 ° C while driving. The process of desulfurization is described in detail in EP 0 911 499 A2, for example. This document is expressly incorporated by reference.
Zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators während des Heizbetriebs wird die Brennkraftmaschine in einem sogenannten Split-Lambda-Betrieb betrieben. Das bedeutet, dass ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem mageren oder zumindest stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) (sog. magere Zylinderbank) und der restliche Teil der Zylinder mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird (sog. fette Zylinderbank). Durch den Split-Lambda-Betrieb gelangen in der Brennkraftmaschine unverbrannte Kraftstoffkomponenten sowie nicht verbrannter Sauerstoff in den NOx-Speicherkatalysator und kommen dort zur Reaktion. Das Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators erfolgt dann mittels der exothermen Reaktion von Kraftstoff und Sauerstoff in dem Katalysator. Im Split-Lambda-Betrieb wird die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators auf über 620°C aufgeheizt. Bei etwa 750°C ist jedoch mit einer thermischen Zerstörung des Katalysators zu rechnen. Im Split-Lambda-Betrieb werden also ständig die Split-Anforderungen variiert, so dass sich die Temperatur des Katalysator in dem angegebenen Temperaturfenster bewegt. Der Split-Lambda-Betrieb einer Brennkraftmaschine wird ausführlich in der DE 195 22 165 A1 beschrieben. Hinsichtlich des Ablaufs und der Funktionsweise des Split-Lambda-Betriebs wird ausdrücklich auf diese Druckschrift Bezug genommen. Das Gesamt-Abgaslambda, das heißt die Summe beziehungsweise das arithmetische Mittel der Abgaslambdas der mit fettem Gemisch betriebenen Zylinder und der mit magerem Gemisch betriebenen Zylinder, ist stöchiometrisch oder leicht mager. Das Abgasgemisch reagiert dann im vorderen Teil des NOx-Speicherkatalysators.For heating the NOx storage catalytic converter during the Heating operation is the internal combustion engine in one operated so-called split-lambda operation. That means, that a part of the cylinder of the internal combustion engine with a lean or at least stoichiometric air-fuel ratio (Lambda) (so-called lean cylinder bank) and the remaining part of the cylinder with a rich air-fuel ratio is operated (so-called fat Cylinder bank). Through the split lambda operation enter the internal combustion engine unburned fuel components and unburned oxygen in the NOx storage catalyst and come there to the reaction. The Heating of the NOx storage catalyst is then carried out by means the exothermic reaction of fuel and oxygen in the catalyst. In split lambda mode, the Temperature of the NOx storage catalyst to over 620 ° C. heated. At about 750 ° C, however, with a thermal Destruction of the catalyst to be expected. In split lambda mode So are the split requirements constantly varies so that the temperature of the catalyst in moved to the specified temperature window. The split lambda mode an internal combustion engine is described in detail in the DE 195 22 165 A1. Regarding the process and how the split lambda operation works expressly referred to this document. The Total exhaust lambda, that is the sum or the Arithmetic means of exhaust lambras with fat Mixture operated cylinder and the lean mixture operated cylinder, is stoichiometric or light skinny. The exhaust gas mixture then reacts in the front part of the NOx storage catalyst.
Falls sich der NOx-Speicherkatalysator in dem angegebenen Temperaturfenster befindet, kann der eingespeicherte Schwefel bei reduzierenden Bedingungen (Abgaslambda < 1) aus dem Katalysator ausgetragen werden. Wird dem NOx-Speicherkatalysator während der Entschwefelung jedoch konstant fettes Abgasgemisch als Reduktionsmittel zugeführt, entsteht Schwefel-Wasserstoff (H2S). Dies hat einen unangenehmen Geruch und für Personen, welche dem Abgas ausgesetzt sind, insbesondere das Abgas einatmen, besteht die Gefahr einer Schwefelvergiftung. Um dies zu vermeiden, kann das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlichen Schwankungen unterworfen sein, um periodisch unverbrannten Sauerstoff in den Katalysator einzuspeichern (sogenanntes wobbelndes Abgaslambda). If the NOx storage catalytic converter is in the indicated temperature window, the stored sulfur can be discharged from the catalytic converter under reducing conditions (exhaust lambda <1). However, if the NOx storage catalytic converter is supplied with constant rich exhaust gas mixture as a reducing agent during desulfurization, sulfur-hydrogen (H 2 S) is formed. This has an unpleasant odor, and for persons who are exposed to the exhaust gas, in particular inhale the exhaust gas, there is a risk of sulfur poisoning. To avoid this, the total air-fuel ratio may be subject to continuous fluctuations to periodically store unburned oxygen into the catalyst (so-called wobbly exhaust lambda).
Während des Normalbetriebs einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise in allen Zylindern der Brennkraftmaschine das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Das bedeutet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beider Zylinderbänke gleich groß ist, beispielsweise Lambda = 1, und der Lambda-Split-Betrieb deaktiviert ist. Im Heizbetrieb oder Split-Lambda-Betrieb wird die Brennkraftmaschine dagegen mit unterschiedlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen für die beiden Zylinderbänke der Brennkraftmaschine betrieben. Der Lambda-Wirkungsgrad eines Zylinders hat sein Maximum in einem Bereich zwischen leicht fettem und stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda ≈ 1). Durch den Betrieb der Zylinderbänke mit einem fetten oder einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kann sich der Lambda-Wirkungsgrad auf bis zu 60% verringern. Aufgrund der verschiedenen Lambda-Wirkungsgrade beim Normalbetrieb und beim Heizbetrieb kann es beim Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten zu deutlichen Schwankungen eines von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments kommen, die sich sowohl subjektiv als auch objektiv äußerst störend auf die Fahrbarkeit eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeugs auswirken. Die Momentenschwankungen sind als störendes Ruckeln der Brennkraftmaschine spürbar. Die Drehmomentschwankungen treten insbesondere bei Änderungen des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf.During normal operation of an internal combustion engine is usually in all cylinders of the internal combustion engine same air-fuel ratio is set. The means that the air-fuel ratio of both Cylinder banks is the same size, for example lambda = 1, and lambda split mode is disabled. in the Heating mode or split lambda operation will be the Internal combustion engine, however, with different air-fuel ratios for the two cylinder banks the Internal combustion engine operated. The lambda efficiency of a Cylinder has its maximum in a range between easily rich and stoichiometric air-fuel ratio (Lambda ≈ 1). By operating the cylinder banks with a fat or a lean air-fuel ratio, can Lambda efficiency can be reduced up to 60%. Due to the different lambda efficiencies in the Normal operation and in heating mode, it can when switching between the two operating modes to clear Variations of a given by the internal combustion engine Torque come that is both subjective and also objectively extremely disturbing on the drivability of a with the Internal combustion engine equipped vehicle. The Torque fluctuations are as disturbing jerking the Internal combustion engine noticeable. The torque fluctuations occur especially with changes in the lean air-fuel ratio on.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem NOx-Speicherkatalysator beim Umschalten von einem Normalbetrieb in einen Heizbetrieb und umgekehrt, insbesondere bei dynamischer Variation der Zylinder-Lambdas, unerwünschte Schwankungen eines von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments zu verringern. The present invention is therefore the task Basically, when operating an internal combustion engine with a NOx storage catalyst when switching from one Normal operation in a heating mode and vice versa, in particular with dynamic variation of the cylinder lambda, unwanted fluctuations of one of the To reduce internal combustion engine output torque.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass ein Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb einen vorgebbaren Gradienten nicht übersteigt.To solve this problem, the present invention proposes starting from the method of the type mentioned, that a lambda efficiency of having a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine during the transition from Normal operation in the heating mode or by the Heating operation in normal operation a predetermined Gradient does not exceed.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass Drehmomentschwankungen bei einem Übergang einer Brennkraftmaschine von einem Normalbetrieb in einen Split-Lambda-Betrieb oder umgekehrt ihre Ursache in den sich zu schnell ändernden Lambda-Wirkungsgraden der Zylinder haben. Diese Änderungen werden verursacht durch die sich ändernden Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in den einzelnen Zylindern, da das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder möglichst konstant bleiben soll. Insbesondere eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder wirkt sich stark auf den Lambda-Wirkungsgrad und damit auch auf das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment aus. Durch eine Begrenzung der maximalen Änderung des Lambda-Wirkungsgrads der mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder können Drehmomentschwankungen auf subjektiv und objektiv akzeptable Werte beschränkt werden, wodurch die Fahrbarkeit eines Kraftfahrzeugs während des Übergangs deutlich verbessert wird. Der Gradient, auf den der Lambda-Wirkungsgrad begrenzt wird, ist vorzugsweise derart gewählt, dass es zu keinen störenden Ruckelbewegungen der Brennkraftmaschine kommt. According to the invention, it has been recognized that Torque fluctuations in a transition of a Internal combustion engine from a normal operation in a split-lambda operation or, conversely, their cause is in themselves have fast-changing lambda efficiencies of the cylinders. These changes are caused by the changing ones Air-fuel ratios in the individual cylinders, there the total air-fuel ratio of all cylinders should remain as constant as possible. In particular, a change the air-fuel ratio of lean Air-fuel ratio operated cylinder affects strong on the lambda efficiency and thus on the Output from the internal combustion engine torque. By a limitation on the maximum change in Lambda efficiency the one with a lean air-fuel ratio operated cylinders can Torque fluctuations on subjectively and objectively acceptable values are limited, increasing driveability of a motor vehicle during the transition clearly is improved. The gradient to which the lambda efficiency is limited, is preferably such chosen that there is no disturbing jerking movements of the Internal combustion engine comes.
Zur Beschränkung der maximal zulässigen Änderung des Lambda-Wirkungsgrades kann der Verlauf des Lambda-Wirkungsgrads zumindest für die Dauer des Übergangs zwischen dem Normalbetrieb und dem Split-Lambda-Betrieb vorgegeben werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Verlauf mindestens einer Größe, welche sich mittelbar oder unmittelbar auf den Lambda-Wirkungsgrad auswirkt, vorgegeben wird. Eine solche Größe ist beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder die Luft-Füllung der mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder. Die Verläufe sind so gewählt, dass sich die Änderungen des Lambda-Wirkungsgrades innerhalb vorgebbarer Grenzen bewegen. Es ist aber auch denkbar, die Verläufe des Lambda-Wirkungsgrades einfach auf vorgebbare Schwellenwerte zu begrenzen.To limit the maximum allowable change in the Lambda efficiency, the course of the lambda efficiency at least for the duration of the transition between normal operation and split lambda operation be specified. But it is also conceivable that the Course of at least one size, which is indirect or directly affects lambda efficiency, is given. Such a size is for example the Air-fuel ratio or the air-filling of the operated a lean air-fuel ratio Cylinder. The gradients are chosen so that the Changes in lambda efficiency within specifiable Move boundaries. But it is also conceivable, the courses of the Lambda efficiency easy on predefinable thresholds to limit.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda ≥ 1) betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem last- und drehzahlabhängigen Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Es können Betriebszustände, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer und andere Betriebszustände definiert werden, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis etwas fetter ist, jedoch noch im mageren oder zumindest im stöchiometrischen Bereich liegt.The air-fuel ratio of having a lean or stoichiometric air-fuel ratio (lambda ≥ 1) operated cylinder of the internal combustion engine can for example, depending on a load and speed-dependent operating state of the internal combustion engine be specified. It can be operating states in which the Air-fuel ratio leaner and others Operating conditions are defined in which the air-fuel ratio is a bit fatter, but still in the lean or at least in the stoichiometric range.
Je nach dem in welchem Betriebszustand die Brennkraftmaschine betrieben wird, werden unterschiedliche Werte für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder vorgegeben. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mager betriebenen Zylinder kann beispielsweise anhand eines Modells oder anhand eines Kennfelds aus der Motordrehzahl und den Lastanforderungen des Fahrers ermittelt werden. Das vorgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann beispielsweise einer Lambda-Regelung als Sollwert zugeführt werden, welche dann einen Lambda-Istwert für die mager betriebenen Zylinder auf den vorgegebenen Sollwert regelt.Depending on the operating condition in which Internal combustion engine is operated, will be different Values for the air-fuel ratio of the with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder specified. The air-fuel ratio the lean-burn cylinder can for example, based on a model or a model Map of the engine speed and load requirements be determined by the driver. The default air-fuel ratio can for example a lambda control supplied as a setpoint, which then a Lambda actual value for the lean-operated cylinder on the regulated setpoint.
Das maximal magere Abgaslambda wird abhängig von der momentanen Drehzahl und dem von dem Fahrer vorgegebenen Wunschmoment bestimmt. Abhängig von einer gemessenen oder modellierten Temperatur kann dieses magere Abgaslambda weiter zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschoben werden. Dadurch ist es möglich, einen gewünschten Temperaturbereich für den NOx-Speicherkatalysator einzuhalten.The maximum lean exhaust lambda will depend on the current speed and that given by the driver Desired moment determined. Depending on a measured or modeled temperature, this lean exhaust lambda can on to the stoichiometric air-fuel ratio be moved. This makes it possible to get one desired temperature range for the NOx storage catalyst observed.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine wird in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mager betriebenen Zylinder und von einem vorgebbaren Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder der Brennkraftmaschine (sogenanntes Gesamt-Lambda) vorgegeben.The air-fuel ratio of having a rich air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine is dependent on the given lean air-fuel ratio operated cylinder and of a predetermined total air-fuel ratio all cylinders of the internal combustion engine (so-called total lambda) given.
Die Luft-Füllung aller Zylinder wird durch die Drosselklappe derart eingestellt, dass das Moment aller Zylinder im Mittel dem von dem Fahrer vorgegebenen Wunsch-Drehmoment entspricht.The air filling of all cylinders is through the Throttle valve adjusted so that the moment of all Cylinder on average to the desired torque given by the driver equivalent.
Falls beispielsweise während des Betriebs der Brennkraftmaschine der Fahrer ein neues Wunsch-Drehmoment vorgibt, führt dies zu einer entsprechenden Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der mager betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine. Das zieht wiederum eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der mit fettem Gemisch betriebenen Zylinder nach sich, wobei das Gesamt-Abgaslambda im wesentlichen konstant bleibt.For example, if during operation of the Internal combustion engine the driver a new desire torque this leads to a corresponding change in the Air-fuel ratio of lean operated Cylinder of the internal combustion engine. That pulls one again Change in the air-fuel ratio with the fat Mixture operated cylinder after, wherein the total exhaust lambda remains substantially constant.
Wenn sich das von dem Fahrer vorgegebene Wunsch-Drehmoment nur geringfügig oder mit einem geringen Gradienten ändert (stationärer oder quasi-stationärer Fall), ergibt sich für die mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Zylinder ein stetiger Übergang von dem dem ursprünglichen Betriebszustand entsprechenden mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem dem neuen Betriebszustand entsprechenden mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn sich das von dem Fahrer vorgegebene Wunsch-Drehmoment mit einem großen Gradienten, beispielsweise sprunghaft, ändert (dynamischer Fall), erfolgt für die mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betriebenen Zylinder auch ein sprunghafter Übergang von dem dem ursprünglichen Betriebszustand entsprechenden mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem dem neuen Betriebszustand entsprechenden mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dabei kann es zumindest kurzzeitig erforderlich sein, das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch (Lambda = 1) einzustellen, was einer Deaktivierung des Split-Lambda-Betriebs entspricht. Das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis muss sich entsprechend sprunghaft verändern, damit das resultierende Gesamt-Lambda im Mittel gleich 1 bleibt.If the driver's desired torque changes only slightly or with a low gradient (stationary or quasi-stationary case), results for those operated with a lean air-fuel mixture Cylinder a steady transition from the original Operating state corresponding lean air-fuel ratio to the new operating state corresponding lean air-fuel ratio. If that is from the Driver given desired torque with a large Gradients, for example abruptly, change (more dynamically Case), for those with a lean air-fuel mixture operated cylinder also a sudden transition from that corresponding to the original operating state lean air-fuel ratio to that of the new one Operating state corresponding lean air-fuel ratio. It may at least be necessary for a short time the lean air-fuel ratio is stoichiometric (Lambda = 1), which is a deactivation of the Split lambda operation corresponds. The rich air-fuel ratio must be correspondingly leaps and bounds change, so the resulting total lambda on average remains equal to 1.
Der Split-Lambda-Betrieb soll nicht nur zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators vor der Entschwefelung, sondern auch zum Warmhalten des NOx-Speicherkatalysators während der Entschwefelung eingesetzt werden. Dazu ist es erforderlich, dass das Gesamt-Abgas-Lambda im zeitlichen Mittel leicht fett ist.The split lambda operation is not just for heating the NOx storage catalyst before desulfurization, but also for keeping the NOx storage catalytic converter warm during desulfurization can be used. That's it required that the total exhaust lambda in time Medium is slightly fat.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb zeitabhängig linear abfällt bzw. ansteigt. Durch einen derartigen rampenförmigen Verlauf kann der Gradient des Lambda-Wirkungsgrads auf einfache Weise begrenzt werden.According to an advantageous embodiment of the present Invention is proposed that the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation falls linearly over time or increases. By such a ramp-shaped course The gradient of lambda efficiency can be simple Be limited.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb zeitabhängig entlang einer Sigmoid-Funktion abfällt bzw. ansteigt. Eine Sigmoid-Funktion hat die Gleichung (1+e-cx)-1, wobei mit dem Faktor c die Steilheit der Sigmoid-Funktion vorgegeben werden kann. Bei einer Änderung des Lambda-Wirkungsgrades entlang einer Sigmoid-Funktion sollte darauf geachtet werden, dass die Sigmoid-Funktion in ihrem Wendepunkt nicht zu steil ansteigt, um unerwünschte Drehmomentschwankungen beim Übergang von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb zu vermeiden. Außer des rampenartigen und des sigmoidartigen Verlaufs sind noch eine Vielzahl weiterer Verläufe des Lambda-Wirkungsgrads während des Übergangs der Brennkraftmaschine zwischen Normalbetrieb und Split-Lambda-Betrieb denkbar.Alternatively, it is proposed that the lambda efficiency of the cylinder of the internal combustion engine operated with a lean or stoichiometric air-fuel ratio during the transition from the normal operation to the heating operation or from the heating operation to the normal operation decreases or increases in a time-dependent manner along a sigmoid function , A sigmoid function has the equation (1 + e -cx ) -1 , whereby the factor c can be used to specify the steepness of the sigmoid function. When changing the lambda efficiency along a sigmoid function, care should be taken to ensure that the sigmoid function does not rise too steeply in its inflection point in order to avoid undesirable torque fluctuations in the transition from normal operation to heating operation. In addition to the ramp-like and sigmoid-like course, a large number of further variations of the lambda efficiency during the transition of the internal combustion engine between normal operation and split lambda operation are conceivable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder von einem vorgebbaren Wunsch-Drehmoment linear abfällt bzw. ansteigt.According to a preferred embodiment of the present invention Invention is proposed that the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation as a function of a speed of Internal combustion engine and / or of a predetermined desired torque linear decreases or increases.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder von einem vorgebbaren Wunsch-Drehmoment entlang einer Sigmoid-Funktion abfällt bzw. ansteigt.Alternatively, it is suggested that the lambda efficiency that with a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation as a function of a speed of Internal combustion engine and / or of a predetermined desired torque along a sigmoid function drops or increases.
Die Ausführungsformen, bei denen der Lambda-Wirkungsgrad drehzahlabhängig und/oder momentenabhängig vorgegeben wird, sind für solche Fälle gedacht, bei denen während des Übergangs der Brennkraftmaschine auch eine Drehzahländerung und/oder eine Änderung des vorgegebenen Wunsch-Drehmoments erfolgt. Auch eine Kombination dieser Ausführungsformen mit anderen Verfahren ist denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, falls der Heizbetrieb des NOx-Speicherkatalysators bei konstanter Drehzahl und/oder konstantem Wunsch-Drehmoment aktiviert wird, den Lambda-Wirkungsgrad zeitabhängig vorzugeben.The embodiments in which the lambda efficiency speed-dependent and / or torque-dependent, are intended for those cases where during the Transition of the internal combustion engine and a speed change and / or a change in the predetermined desired torque he follows. Also a combination of these embodiments with Other methods are conceivable. That's the way it would be conceivable, if the heating operation of the NOx storage catalytic converter at constant speed and / or constant desired torque is activated, the lambda efficiency Specify time-dependent.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine zeitabhängig während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb ausgehend von einem Anfangswert zunächst steil ansteigt und sich dann langsam einem Endwert nähert oder während des Übergangs von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb in umgekehrter Richtung ausgehend von dem Endwert langsam und gegen Ende des Übergangs steil auf den Anfangswert abfällt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nähert sich dem Endwert zwar langsam, erreicht diesen aber sehr wohl nach einer endlichen Zeit. Der Endwert liegt im mageren Bereich (Lambda > 1) und entspricht dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach bzw. vor dem Übergang.According to a further advantageous embodiment of The present invention proposes that the air-fuel ratio the one with a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine time-dependent during the Transition from normal operation to heating mode initially rises steeply from an initial value and then slowly approaches a final value or during the Transition from heating to normal operation in reverse direction from the final value slowly and towards the end of the transition drops steeply to the initial value. Although the air-fuel ratio approaches the final value slow, but it reaches very well after one finite time. The final value is in the lean range (Lambda> 1) and corresponds to the air-fuel ratio after or before the transition.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschihe und/oder von einem vorgebbaren Wunsch-Drehmoment während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb ausgehend von einem Anfangswert zunächst steil ansteigt und sich dann langsam einem Endwert nähert oder während des Übergangs von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb in umgekehrter Richtung ausgehend von dem Endwert langsam und gegen Ende des Übergangs steil auf den Anfangswert abfällt. Diese Ausführungsform, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis drehzahlabhängig und/oder momentenabhängig vorgegeben wird, ist für solche Fälle gedacht, bei denen während des Übergangs der Brennkraftmaschine auch eine Drehzahländerung und/oder Wunsch-Momentenänderung erfolgt. Auch eine Kombination dieser Ausführungsform mit anderen Verfahren ist denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, falls der Heizbetrieb des NOx-Speicherkatalysators bei konstanter Drehzahl und/oder konstantem Wunsch-Drehmoment aktiviert wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeitabhängig vorzugeben.According to another preferred embodiment of the Invention is proposed that the air-fuel ratio the one with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio operated cylinder the Internal combustion engine as a function of a speed of Internal combustion engine and / or from a predefinable desired torque during the transition from normal operation to the heating operation starting from an initial value first rises steeply and then slowly approaches a final value or during the transition from the heating operation in the Normal operation in the opposite direction from the End value slowly and towards the end of the transition steeply on the Initial value drops. This embodiment, in which the Air-fuel ratio speed-dependent and / or is determined depending on the torque, is for such cases thought that during the transition of the Internal combustion engine also a speed change and / or Desired torque change takes place. Also a combination This embodiment with other methods is conceivable. So it would be conceivable, for example, if the heating operation of the NOx storage catalyst at a constant speed and / or constant desired torque is activated, the Specify air-fuel ratio time-dependent.
Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei konstantem oder nur langsam variierendem vorgegebenem Wunsch-Drehmoment der Brennkraftmaschine (stationärer oder quasi-stationärer Fall) ausgeführt wird. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei schnell variierendem vorgegebenem Wunsch-Drehmoment der Brennkraftmaschine (dynamischer Fall) deaktiviert und stattdessen der Lambda-Wirkungsgrad oder das Luft-Kraftstoffverhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb sprungartig angehoben bzw. abgesenkt wird.According to yet another advantageous embodiment of The present invention proposes that the inventive method at constant or slow varying predetermined desired torque of Internal combustion engine (stationary or quasi-stationary Case) is executed. Advantageously, the inventive method with rapidly varying predetermined desired torque of the internal combustion engine (dynamic case) disabled and instead the lambda efficiency or the air-fuel ratio of the a lean or stoichiometric air-fuel ratio operated cylinder of the internal combustion engine during the transition from normal operation to the Heating mode or from the heating mode to normal operation is suddenly raised or lowered.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder und einem Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder ermittelt wird.According to a further preferred embodiment of the The present invention proposes that the air-fuel ratio the one with a rich air-fuel ratio operated cylinder of the internal combustion engine in Dependence on the given air-fuel ratio the one with a lean or stoichiometric Air-fuel ratio operated cylinder and one Total air-fuel ratio of all cylinders determined becomes.
Vorteilhafterweise wird zum Ausspeichern von Schwefeloxiden aus dem NOx-Speicherkatalysator ein Regenerationsbetrieb aktiviert, in dem ein Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder zwischen fett und mager hin- und hergeschaltet wird, wobei das zeitliche Mittel des Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fett ist. Das Gesamt-Lambda der Zylinder der Brennkraftmaschine kann beispielsweise periodisch verändert werden.Advantageously, for the withdrawal of sulfur oxides from the NOx storage catalyst, a regeneration operation activated, in which a total air-fuel ratio all cylinders between rich and lean back and forth is switched, wherein the time average of the total air-fuel ratio is fat. The total lambda the cylinder of the internal combustion engine can, for example be changed periodically.
Vorzugsweise wird das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aller Zylinder durch eine Variation des Luft-Kraftstoffverhältnis der mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine zwischen leicht fett und leicht mager hin- und hergeschaltet wird. Eine Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der fetten Zylinder während eines Lambda-Split-Betriebs einer Brennkraftmaschine wirkt sich wesentlich weniger auf das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment aus als eine Variation der mageren Zylinder. Auf diese Weise kann das Gesamt-Lambda zwischen fett und mager hin- und hergeschaltet werden, wobei die resultierenden Drehmomentschwankungen auf ein Minimum reduziert und ohne großen Aufwand durch geeignete Maßnahmen verringert bzw. sogar kompensiert werden können.Preferably, the total air-fuel ratio all cylinders through a variation of the air-fuel ratio the one with a rich air-fuel ratio operated cylinder of the internal combustion engine between slightly fat and slightly lean back and forth is switched. A variation of the air-fuel ratio the rich cylinder during lambda split operation an internal combustion engine affects much less on that of the internal combustion engine output torque as a variation of the lean ones Cylinder. In this way, the total lambda can be between bold and lean switched back and forth, the resulting torque fluctuations to a minimum reduced and with little effort by appropriate measures can be reduced or even compensated.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät die Brennkraftmaschine während des Übergangs von dem Normalbetrieb in den Heizbetrieb oder von dem Heizbetrieb in den Normalbetrieb derart ansteuert und/oder regelt, dass ein Lambda-Wirkungsgrad der mit einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Gradienten nicht übersteigt.As a further solution to the problem of the present Invention is based on the control unit of the above mentioned type proposed that the control unit the Internal combustion engine during the transition from the Normal operation in the heating mode or from the heating mode in normal operation so controls and / or regulates that a Lambda efficiency of having a lean or operated stoichiometric air-fuel ratio Cylinder of the internal combustion engine a predefinable Gradient does not exceed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.According to an advantageous embodiment of the invention is suggested that the control device means of execution of the method according to the invention.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Computerprogramms. Dabei ist das Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. In diesem Falls wird also die Erfindung durch das Computerprogramm realisiert, so dass dieses Computerprogramm in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Computerprogramm geeignet ist. Das Computerprogramm ist vorzugsweise auf einem Speicherelement abgespeichert. Als Speicherelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM; Random-Access-Memory), ein nur-Lese-Speicher (ROM; Read-Only-Memory) oder ein Flash-Speicher.Of particular importance is the realization of the inventive method in the form of a Computer program. The computer program is on one Computing device, in particular on a microprocessor, executable and for the execution of the invention Suitable method. In this case, so the Invention realized by the computer program, so that this computer program in the same way the invention represents how the method to perform the Computer program is suitable. The computer program is preferably stored on a memory element. When Memory element may in particular an electrical Storage medium are used, for example, a Random access memory (RAM), a read only memory (ROM) or a flash memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in den Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1- eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
Figur 2- ein Drehzahl-Drehmoment-Kennfeld zur Ermittlung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis betriebenen Zylindern der Brennkraftmaschine aus Figur 1;
Figur 3- einen Schnitt durch das Drehzahl-Drehmoment-
Kennfeld aus Figur 2 entlang der Linie A-A; Figur 4- einen Schnitt durch das Drehzahl-Drehmoment-
Kennfeld aus Figur 2 entlang der Linie B-B; Figur 5- zeitliche Verläufe von Lambda-Wirkungsgraden bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine aus Figur 1 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Figur 6- zeitliche Verläufe von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine aus Figur 1 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Figur 7- einen zeitlichen Verlauf der Luft-Füllung bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine aus Figur 1 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Figur 8- einen Verlauf des Lambda-Wirkungsgrades in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
Figur 9- ein Drehzahl-Drehmoment-Kennfeld zur Ermittlung eines Lambda-Wirkungsgrades von mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis betriebenen Zylindern der Brennkraftmaschine aus Figur 1;
Figur 10- einen Schnitt durch das Drehzahl-Drehmoment-
Kennfeld aus Figur 8 entlang der Linie C-C; und Figur 11- einen Schnitt durch das Drehzahl-Drehmoment-
Kennfeld aus Figur 8 entlang der Linie D-D.
- FIG. 1
- an internal combustion engine according to the invention according to a preferred embodiment;
- FIG. 2
- a speed-torque map for determining an air-fuel ratio of lean air-fuel ratio cylinders of the internal combustion engine of FIG. 1;
- FIG. 3
- a section through the speed-torque map of Figure 2 along the line AA;
- FIG. 4
- a section through the speed-torque map of Figure 2 along the line BB;
- FIG. 5
- temporal profiles of lambda efficiencies in an operation of the internal combustion engine of Figure 1 according to a method according to the invention;
- FIG. 6
- time profiles of air-fuel ratios during operation of the internal combustion engine of Figure 1 according to a method of the invention;
- FIG. 7
- a time course of the air filling in an operation of the internal combustion engine of Figure 1 according to a method of the invention;
- FIG. 8
- a profile of the lambda efficiency as a function of the air-fuel ratio;
- FIG. 9
- a speed-torque map for determining a lambda efficiency of lean fuel-air ratio operated cylinders of the internal combustion engine of Figure 1;
- FIG. 10
- a section through the speed-torque map of Figure 8 along the line CC; and
- FIG. 11
- a section through the speed-torque map of Figure 8 along the line DD.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs in ihrer Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 1 weist
vier Zylinder 2, 3, 4, 5 auf. Selbstverständlich kann die
Brennkraftmaschine 1 auch eine andere Zylinderzahl,
beispielsweise zwei, drei, fünf, sechs, acht, zehn oder
zwölf, aufweisen. Die Brennkraftmaschine 1 kann als eine
direkteinspritzende Brennkraftmaschine ausgebildet sein,
bei der Kraftstoff über Einspritzventile (nicht
dargestellt) direkt in Brennräume der Zylinder 2, 3, 4, 5
eingespritzt wird. In den Brennräumen vermischt sich der
eingespritzte Kraftstoff mit Luft, die über (nicht
dargestellte) Einlasskanäle in die Brennräume der Zylinder
2, 3, 4, 5 gelangt. Die Brennkraftmaschine 1 kann aber auch
als eine Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung
ausgebildet sein, bei der Kraftstoff in Einlasskanäle der
Zylinder 2, 3, 4, 5 eingespritzt wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch
gelangt dann aus den Einlasskanälen in die
Brennräume der Zylinder 2, 3, 4, 5.FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention
of a motor vehicle in its entirety with the
Die Gesamtzylinder der Brennkraftmaschine 1 sind auf zwei
sogenannte Zylinderbänke aufgeteilt. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind zwei Zylinder 2, 4 beziehungsweise
3, 5 zu einer Zylinderbank zusammengefasst. Aus den
Brennräumen der Zylinder einer Zylinderbank 2, 4; 3, 5
werden die Abgase über Auslasskanäle 7 jeweils zu einem
gemeinsamen Vorkatalysator 8, 9 geleitet. Die
Vorkatalysatoren 8, 9 sind beispielsweise als Drei-Wege-Katalysatoren
ausgebildet. In Strömungsrichtung hinter den
beiden Vorkatalysatoren 8, 9 ist jeweils eine Lambda-Sonde
10, 11 im Abgasstrom angeordnet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
(Lambda) in dem Abgas hinter den
Vorkatalysatoren 8, 9 zu erfassen. Alternativ oder
zusätzlich ist es denkbar, vor den beiden Vorkatalysatoren
8, 9 Lambda-Sonden anzuordnen. Hinter den beiden
Vorkatalysatoren 8, 9 werden die Abgase vereint und
gemeinsam über einen Hauptkatalysator 12 geführt, der
beispielsweise als ein NOx-Speicherkatalysator ausgebildet
ist. Eine derartige Abgasführung wird aufgrund der
Leitungsanordnung auch als Y-Anordnung bezeichnet.The total cylinder of the
In den Zylindern 2, 3, 4, 5 sind Kolben hin- und
herbewegbar geführt. Durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
in den Brennräumen der Zylinder 2, 3, 4, 5
werden die Kolben in Bewegung versetzt. Die lineare
Bewegung der Kolben wird in eine Drehbewegung einer
Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 umgesetzt.In the
Des weiteren ist ein Steuergerät 13 vorgesehen, welches
eine Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1
ermöglicht. Das Steuergerät 13 erhält über Eingangssignale
14 Informationen über den Betriebszustand der
Brennkraftmaschine 1 oder anderer Komponenten des
Kraftfahrzeugs. Die Eingangssignale 14 werden von
geeigneten Sensoren gemessen, beispielsweise den Lambda-Sonden
10, 11, oder werden aus anderen verfügbaren Größen
modelliert. Eingangssignale 14 sind unter anderem Signale
über den Drehmomentwunsch des Fahrers Mw, der bspw. über
die Stellung eines Fahrpedals aufgenommen wird, Signale
über die Motordrehzahl n, die über einen bspw. an der
Kurbelwelle 6 angeordneten Drehzahlgeber aufgenommen wird,
oder Signale über der angesaugten Luft, die über einen
Luftmassenmesser aufgenommen werden. In dem Steuergerät 13
ist ein elektrisches Speicherelement 15 vorgesehen, das
beispielsweise als ein Flash-Memory ausgebildet ist. Auf
dem Speicherelement 15 ist ein Computerprogramm abgelegt,
welches die Steuerungs- und/oder Regelungsfunktion des
Steuergeräts 13 erfüllt, wenn es auf einem Rechengerät 16,
das insbesondere als ein Mikroprozessor ausgebildet ist,
abläuft. Zur Abarbeitung des Computerprogramms wird dieses
entweder befehlsweise oder abschnittsweise aus dem
Speicherelement 15 über eine Datenverbindung 17 an das
Rechengerät 16 übertragen. Ebenso können in umgekehrter
Richtung Ergebnisse von Berechnungen, die im Rahmen der
Abarbeitung des Computerprogramms auf dem Rechengerät 16
gewonnen wurden, oder empfangene Eingangsgrößen 14 über die
Datenverbindung 17 an das Speicherelement 15 übertragen und
dort abgelegt werden. Die Datenverbindung 17 ist
beispielsweise als ein Datenbus ausgebildet. Im Rahmen der
Abarbeitung des Computerprogramms werden Ausgangssignale 18
erzeugt, die zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 an
geeignete Aktoren, zum Beispiel an eine Drosselklappe in
den Einlasskanälen zur Variation der Ansaugluftmenge, an
Einlassventile oder Auslassventile der Brennräume oder an
Einspritzventile, geführt werden.Furthermore, a
Bei einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine 1 ist stets
ein Sauerstoffüberschuss in dem Abgassystem vorhanden. Aus
diesem Grund können Stickoxide (NOx), die in den Abgasen
enthalten sind, während des Magerbetriebs der
Brennkraftmaschine 1 nicht in dem Drei-Wege-Katalysator 8,
9 reduziert werden. Um die Abgabe derartiger Stickoxide an
die Umgebungsatmosphäre zu verhindern, ist es daher
vorgesehen, diese in dem NOx-Speicherkatalysator 12
aufzufangen und periodisch mit Reduktionsmittel zu
reduzieren. Dieser Vorgang wird nachfolgend mit
Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 12 bezeichnet.In a lean operation of the
Darüber hinaus muss der NOx-Speicherkatalysator 12
periodisch entschwefelt werden. Die aktiven Zentren des
NOx-Speicherkatalysators 12 besitzen neben ihrer Affinität
für NOx auch eine hohe Affinität für Schwefeloxide (SOx).
Diese entstehen ebenfalls bei der Verbrennung des
Kraftstoffs und belegen primär die aktiven Zentren des
Speicherkatalysators 12. Die dabei entstehenden Sulfate
sind thermisch so stabil, dass sie bei normaler
Betriebstemperatur des NOx-Speicherkatalysators 12 nicht
freigesetzt werden können. Als Folge sinkt mit zunehmender
Schwefelbeladung die Speicherfähigkeit des Katalysators 12
für Stickoxide. Erst bei einer erhöhten Temperatur in dem
Katalysator 12 im Bereich von über 600°C und bei
gleichzeitig reduzierenden Bedingungen (Lambda < 1) sind
diese Sulfate thermodynamisch nicht mehr stabil und werden
als Schwefelwasserstoff (H2S) und Schwefeldioxid (SO2)
freigesetzt. Um die NOx-Speicherfähigkeit zu erhalten bzw.
wieder herzustellen und den Katalysator 12 zu regenerieren,
muss der Speicherkatalysator 12 in bestimmten Abständen
kurzzeitig fett bei erhöhten Temperaturen betrieben werden.
Dafür muss der Speicherkatalysator 12 im Fahrbetrieb auf
ungefähr 650°C aufgeheizt werden. Während des Betriebs der
Brennkraftmaschine 1 wird von Zeit zu Zeit von der
Einspeicherphase kurzzeitig auf die Regenerationsphase
umgeschaltet. Der Vorgang der Entschwefelung ist
beispielsweise in der EP 0 911 499 A2 ausführlich
beschrieben. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich Bezug
genommen.In addition, the
Zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators 12 wird die
Brennkraftmaschine 1 in einem sogenannten Split-Lambda-Betrieb
betrieben. Das bedeutet', dass ein Teil der Zylinder
2, 5 der Brennkraftmaschine 1 mit einem mageren oder
zumindest stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
(Lambda) und der restliche Teil der Zylinder 3, 4 mit einem
fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Durch den
Split-Lambda-Betrieb gelangt in der Brennkraftmaschine 1
nicht verbrannter Kraftstoff und nicht verbrannter
Sauerstoff in den NOx-Speicherkatalysator 12 und wird dort
verbrannt. Das Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators 12
erfolgt dann mittels der exothermen Reaktion von Kraftstoff
und Sauerstoff in dem Katalysator 12. Im Split-Lambda-Betrieb
wird die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12
auf über 620°C aufgeheizt. Bei etwa 750°C ist jedoch mit
einer thermischen Zerstörung des Katalysators 12 zu
rechnen. Im Split-Lambda-Betrieb werden also ständig die
Split-Anforderungen über das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 und das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_2 variiert, so dass sich die Temperatur
des Katalysators 12 in dem angegebenen Temperaturfenster
bewegt. Der Split-Lambda-Betrieb einer Brennkraftmaschine
wird ausführlich in der DE 195 22 165 A1 beschrieben.
Hinsichtlich des Ablaufs und der Funktionsweise des Split-Lambda-Betriebs
wird ausdrücklich auf diese Druckschrift
Bezug genommen.For heating the NOx storage
Das Gesamt-Abgaslambda (2/Lambda_ges = 1/Lambda_1 +
1/Lambda_2; Lambda_ges = 2.Lambda_1.Lambda_2/(Lambda_1 +
Lambda_2)), das heißt das Mischungslambda des Abgaslambdas
Lambda_1 der mit magerem Gemisch betriebenen Zylinder 2, 5
und des Abgaslambdas Lambda_2 der mit fettem Gemisch
betriebenen Zylinder 3, 4, ist stöchiometrisch oder leicht
mager. Das Abgasgemisch reagiert dann im vorderen Teil des
NOx-Speicherkatalysators 12.The total exhaust lambda (2 / Lambda_ges = 1 /
Wird dem NOx-Speicherkatalysator 12 während der
Entschwefelung jedoch fettes Abgasgemisch (Lambda_ges < 1)
als Reduktionsmittel zugeführt, kann Schwefel-Wasserstoff
(H2S) entstehen. Abgesehen von dem unangenehmen Geruch von
Schwefel-Wasserstoff, besteht für Personen, welche dem
Abgas ausgesetzt sind, insbesondere das Abgas einatmen, die
Gefahr einer Schwefelvergiftung. Um dies zu vermeiden, kann
das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_ges) während
des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 kontinuierlichen,
vorzugsweise periodischen, Schwankungen unterworfen sein
(sogenanntes wobbelndes Abgaslambda).If, however, rich exhaust gas mixture (Lambda_ges <1) is supplied as reducing agent to the NOx storage
Die Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in den
Zylinderbänken während des Betriebs der Brennkraftmaschine
1 können, insbesondere bei Änderungen des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Lambda_1, zu starken Änderungen
des resultierenden Wirkungsgrads und damit zu Schwankungen
des von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Drehmoments
führen. Die Momentenschwankungen sind als störendes Ruckeln
der Brennkraftmaschine 1 deutlich spürbar und
beeinträchtigen die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs sowohl
subjektiv als auch objektiv.The changes in the air-fuel ratio in the
Cylinder banks during operation of the
Durch die vorliegende Erfindung können die
Drehmomentschwankungen während des Übergangs der
Brennkraftmaschine 1 von einem Normalbetrieb in den Split-Lambda-Betrieb
und in umgekehrter Richtung von dem Split-Lambda-Betrieb
in den Normalbetrieb deutlich verringert
werden, so dass sich die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs
entscheidend verbessert.By the present invention, the
Torque fluctuations during the transition of
In Figur 5 ist ein Verlauf eines Lambda-Wirkungsgrades η
über der Zeit t dargestellt. Der Verlauf des Lambda-Wirkungsgrads
η (Lambda = 1) für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist mit einem Bezugszeichen 20
bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 21 ist der Verlauf des
Lambda-Wirkungsgrads η (Lambda_2 < 1) für ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis
bezeichnet. Der Verlauf des Lambda-Wirkungsgrads
η (Lambda_1 > 1) für ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ist mit dem Bezugszeichen 22
bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 23 ist der Verlauf eines
mittleren Lambda-Wirkungsgrads η (Lambda)_mittel bezeichnet,
der sich aus dem arithmetischen Mittel der beiden Lambda-Wirkungsgrade
η (Lambda_1), und η (Lambda_2) ergibt. Das von
der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Drehmoment ist abhängig
von dem Lambda-Wirkungsgrad η. In einem ersten Bereich A
ist der Split-Lambda-Betrieb aktiv, d. h. der NOx-Speicherkatalysator
12 wird geheizt. In einem zweiten
Bereich B ist Split-Lambda inaktiv, d. h. die
Brennkraftmaschine befindet sich in einem Normalbetrieb.
Dazwischen befindet sich ein Übergangsbereich C, in dem
zwischen dem Normalbetrieb und dem Heizbetrieb übergegangen
wird.FIG. 5 shows a profile of a lambda efficiency η over time t. The course of the lambda efficiency η (lambda = 1) for a stoichiometric air-fuel ratio is denoted by
In Figur 6 ist der Verlauf des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(Lambda) über die Zeit t dargestellt. Mit dem
Bezugszeichen 24 ist der stöchiometrische Verlauf (Lambda =
1) bezeichnet Der zeitliche Verlauf des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(Lambda > 1) ist mit dem
Bezugszeichen 25 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 26 ist
der zeitliche Verlauf des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(Lambda < 1) bezeichnet. In Figur 7 ist der
Verlauf der Füllung der Brennräume der Brennkraftmaschine 1
mit Luft über der Zeit t dargestellt. Figur 8 zeigt den
Zusammenhang zwischen dem Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda) und
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda. Es ist deutlich zu
erkennen, dass das maximale Istmoment Md_max bei einem
leicht fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda < 1)
erreicht wird. Ein Wirkungsgrad η (Lambda) von 100% wird bei
einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda
= 1) erreicht.FIG. 6 shows the course of the air-fuel ratio (lambda) over time t. The reference numeral 24 denotes the stoichiometric curve (lambda = 1). The time profile of the lean air-fuel ratio (lambda> 1) is designated by the
Während des Normalbetriebs in dem Bereich B werden alle
Zylinder 2, 3, 4, 5 der Brennkraftmaschine 1 mit einem
stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda = 1)
betrieben. Der Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda) beträgt etwa
100%. Wenn nun eine Anforderung zum Aufheizen des NOx-Speicherkatalysators
12 kommt, geht die Brennkraftmaschine
1 in den Heizbetrieb im Bereich A über. Die Zeitachse t
wird von rechts nach links durchlaufen. Erfindungsgemäß
wird während des Übergangs von dem Normalbetrieb (Bereich
B) in den Heizbetrieb (Bereich A) verhindert, dass der
Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda) der mit einem mageren oder
stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1
betriebenen Zylinder 2, 5 der Brennkraftmaschine 1 einen
vorgebbaren Gradienten übersteigt.During normal operation in the area B, all the
Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 5 fällt der Verlauf
22 des Lambda-Wirkungsgrads η (Lambda_1) der mit einem
mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 betriebenen Zylinder 2, 5 in dem Übergangsbereich
C zeitabhängig stetig und im wesentlichen rampenförmig
linear ab. Es wird der Verlauf 22 des Lambda-Wirkungsgrads
η (Lambda_1 > 1) des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Lambda_1 vorgegeben, da sich dort Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
besonders stark auf den Lambda-Wirkungsgrad
η und damit auf das abgegebene Drehmoment
auswirken. Der sich daraus ergebende Verlauf 25 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Lambda_1 ist in Figur 6
dargestellt. Bei einem vorgegebenen Verlauf 22 des Lambda-Wirkungsgrades
η (Lambda_1) kann der Verlauf 25 des
resultierenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anhand der
Zusammenhänge aus Figur 8 oder anhand eines Kennfeldes
ermittelt werden. Der Verlauf 26 der mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_2 betriebenen Zylinder 3, 4
der Brennkraftmaschine 1 wird in Abhängigkeit von der
Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12 aus dem mageren
Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 und dem Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_ges aller Zylinder 2, 3, 4, 5
der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. Wiederum anhand der
Zusammenhänge aus Figur 8 oder anhand eines Kennfeldes wird
anhand des Verlaufs 26 des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Lambda_2 der entsprechende Verlauf 21 des
Lambda-Wirkungsgrades η (Lambda_2) ermittelt. Aus den
Verläufen 21 und 22 der Lambda-Wirkungsgrade η (Lambda_1)
und η (Lambda_2) ergibt sich der Verlauf 23 des mittleren
Lambda-Wirkungsgrades η (Lambda)_mittel. Der daraus
resultierende Füllungsverlauf ist in Figur 7 dargestellt.According to the exemplary embodiment from FIG. 5, the profile 22 of the lambda efficiency η (lambda_1) of the
Wenn in umgekehrter Richtung, beispielsweise aufgrund einer
Abbruchforderung des Lambda-Split-Betriebs, aus dem
Heizbetrieb im Bereich A in den Normalbetrieb im Bereich B
übergegangen werden soll, wird die Zeitachse t von links
nach rechts durchlaufen. Während des aktiven Split-Lambda-Betriebs
in dem Bereich A haben die Lambda-Wirkungsgrade
η (Lambda_1 > 1), η (Lambda_2 < 1) und damit auch
η (Lambda)_mittel einen im wesentlichen horizontalen
Verlauf, das heißt sie sind im wesentlichen konstant. Die
Brennkraftmaschine 1 befindet sich in einem stationären
oder quasi-stationären Zustand. Unter gegebenen
Randbedingungen (Lambda_ges ≈ 1), wird der Lambda-Wirkungsgrad
η (Lambda_1) auf der mageren Zylinderbank 2, 5
nach Abbruch der Betriebsart Lambda-Split stetig auf 100%
gefahren. Ziel ist es, die Wirkungsgradänderung für die
mager betriebenen Zylinder 2, 5 auf einen bestimmten
Gradienten zu begrenzen und ein im wesentlichen konstantes
Sollmoment zu erhalten. Entsprechend den obigen
Ausführungen ergeben sich der Verlauf 25 des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Lambda_1, der Verlauf 26 des
fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Lambda_2, der Verlauf
21 des Lambda-Wirkungsgrads η (Lambda_2), der Verlauf 23 des
mittleren Lambda-Wirkungsgrads η (Lambda)_mittel und der
Füllungsverlauf.If in the reverse direction, for example, due to a termination request of the lambda split operation, to be transferred from the heating operation in the area A in the normal operation in area B, the time axis t is traversed from left to right. During active split lambda operation in the region A, the lambda efficiencies η (lambda_1> 1), η (lambda_2 <1) and thus also η (lambda) _mittel have a substantially horizontal course, that is to say they are essentially constant. The
Statt eines rampenartigen Verlaufs 22 des Lambda-Wirkungsgrads
η(Lambda_1) der mageren Zylinder 2, 5 kann
der Verlauf 22 in dem Übergangsbereich C auch sigmoidartig
ausgestaltet sein. Eine Sigmoid-Funktion hat die Gleichung
(1+e-cx)-1, wobei mit dem Faktor c die Steilheit der
Sigmoid-Funktion vorgegeben werden kann. Die
Sigmoidfunktion ist in Figur 5 gestrichelt dargestellt und
mit dem Bezugszeichen 22' bezeichnet. Außer dem
rampenartigen und dem sigmoidartigen Verlauf 22 in dem
Bereich C sind eine Vielzahl anderer Verläufe denkbar.
Entscheidend für die Wahl des Verlaufs 22 in dem
Übergangsbereich C ist es, dass ein vorgebbarer Gradient
nicht überschritten wird.Instead of a ramp-like curve 22 of the lambda efficiency η (lambda_1) of the
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den Figuren 9
bis 11 dargestellt ist, wird der Verlauf 22 des Lambda-Wirkungsgrades
η (Lambda_1) der mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis
betriebenen Zylinder 2, 5 nicht
zeitabhängig, sondern in Abhängigkeit von einer Drehzahl n
und einem von einem Fahrer vorgegebenen Wunsch-Drehmoment
Mw der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben. Der Verlauf 22 des
Lambda-Wirkungsgrades η (Lambda_1) wird einem Kennfeld
entnommen, wie es in Figur 9 und in den Figuren 10 und 11
im Schnitt dargestellt ist. Figur 9 kann entnommen werden,
dass das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 bei
niedrigen Drehzahlen n, beispielsweise im Leerlauf, und bei
einem hohen Wunsch-Drehmoment Mw stöchiometrisch (Lambda_1
= 1) ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Leerlauf
und bei extrem hohen Lastanforderungen ein
stöchiometrischer Betrieb gefahren wird und die Betriebsart
Split-Lambda unterbunden wird. Der Lambda-Wirkungsgrad
η (Lambda_1) liegt dann bei 100%. Bei mittleren Drehzahlen n
und bei einem mittleren Wunsch-Drehmoment Mw ist der
Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda_1) dagegen besonders gering
(η (Lambda_1) « 100%). Das resultierende Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 ist sehr mager (Lambda_1 >> 1).
Abhängig von der gemessenen oder modellierten Temperatur
des NOx-Speicherkatalysators 12 wird der Lambda-Wirkungsgrad
weiter in Richtung 100%-igem Lambda-Wirkungsgrad
verschoben, um den Katalysator 12 in dem
gewünschten Temperaturfenster zu halten.According to a further embodiment, which in the figures 9
to 11 is shown, the curve 22 of the lambda efficiency
η (lambda_1) with a lean air-fuel ratio
operated
Der drehzahl- und momentenabhängige Übergang zwischen dem Heizbetrieb und dem Normalbetrieb kann linear erfolgen (durchgezogene Linie in den Figuren 10 und 11). Es ist aber auch denkbar, dass der Übergang entlang einer Sigmoidfunktion (gestrichelte Linie in den Figuren 10 und 11) oder einer beliebig anderen Funktion erfolgt.The speed and torque dependent transition between the Heating and normal operation can be linear (solid line in Figures 10 and 11). But it is also possible that the transition along a Sigmoid function (dashed line in FIGS. 10 and 11) or any other function.
Es ist durchaus denkbar, diese Ausführungsform, bei der der Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda_1) in Abhängigkeit von der Drehzahl n und/oder einem Wunsch-Drehmoment Mw vorgegeben wird, mit der Ausführungsform kombiniert wird, bei der der Lambda-Wirkungsgrad η (Lambda_1) zeitabhängig vorgegeben wird. So kann beispielsweise von dieser Ausführungsform auf die zeitabhängig Vorgabe umgeschaltet werden, falls der Übergang bei konstanter Drehzahl n und/oder konstantem Wunsch-Drehmoment Mw erfolgt.It is quite conceivable, this embodiment, in which the Lambda efficiency η (lambda_1) as a function of Speed n and / or a desired torque Mw predetermined is combined with the embodiment in which the Lambda efficiency η (lambda_1) given as a function of time becomes. For example, from this embodiment the time-dependent default will be switched if the Transition at constant speed n and / or constant Desired torque Mw occurs.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, die in den
Figuren 2 bis 4 dargestellt ist, wird der Verlauf 25 des
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Lambda_1 der mit einem
mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder 2,
5 nicht zeitabhängig, sondern in Abhängigkeit von einer
Drehzahl n und einem von dem Fahrer vorgegebenen Wunsch-Drehmoment
Mw der Brennkraftmaschine 1 vorgegeben. Der
Verlauf 25 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Lambda_1 wird
einem Kennfeld entnommen, wie es in Figur 2 und in den
Figuren 3 und 4 im Schnitt dargestellt ist. Figur 2 kann
entnommen werden, dass das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 bei niedrigen Drehzahlen n,
beispielsweise im Leerlauf, und bei einem hohen Wunsch-Drehmoment
Mw stöchiometrisch (Lambda_1 = 1) ist. Dadurch
wird sichergestellt, dass bei Leerlauf und bei extrem hohen
Lastanforderungen ein stöchiometrischer Betrieb gefahren
wird und die Betriebsart Split-Lambda unterbunden wird. Bei
mittleren Drehzahlen n und bei einem mittleren Wunsch-Drehmoment
Mw ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1
sehr mager (Lambda_1 >> 1). Abhängig von der gemessenen
oder modellierten Temperatur des NOx-Speicherkatalysators
12 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 der mageren
Zylinder 2, 5 weiter in Richtung stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis
verschoben, um den Katalysator 12 in
dem gewünschten Temperaturfenster zu halten.According to yet another embodiment, incorporated in the
Figures 2 to 4 is shown, the
Der drehzahl- und momentenabhängige Übergang zwischen dem Heizbetrieb und dem Normalbetrieb kann entlang der in den Figuren 3 und 4 durchgezogen gezeichneten Linie erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass der Übergang entlang einer steileren oder flacheren Linie (gestrichelte Linien in den Figuren 3 und 4) erfolgt. Der maximale Wert für das besonders magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_1 >> 1) liegt vorzugsweise im Bereich der Brenngrenze des Kraftstoff-Luft-Gemisches, bei der das Gemisch gerade noch sicher entzündet werden kann und vollständig durchbrennt.The speed and torque dependent transition between the Heating operation and normal operation can be done along in the Figures 3 and 4 drawn by solid line. But it is also conceivable that the transition along a steeper or flatter line (dashed lines in the FIGS. 3 and 4). The maximum value for the particularly lean air-fuel ratio (Lambda_1 >> 1) is preferably in the range of the burning limit of Fuel-air mixture in which the mixture just barely can be safely inflamed and completely burned.
Es ist durchaus denkbar, diese Ausführungsform, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 in Abhängigkeit von der Drehzahl n und/oder einem Wunsch-Drehmoment Mw vorgegeben wird, mit der Ausführungsform kombiniert wird, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 zeitabhängig vorgegeben wird. So kann beispielsweise von dieser Ausführungsform auf die zeitabhängig Vorgabe umgeschaltet werden, falls der Übergang bei konstanter Drehzahl n und/oder konstantem Wunsch-Drehmoment Mw erfolgt.It is quite conceivable, this embodiment, in which the Air-fuel ratio Lambda_1 as a function of Speed n and / or a desired torque Mw predetermined is combined with the embodiment in which the Air-fuel ratio Lambda_1 given time-dependent becomes. For example, from this embodiment the time-dependent default will be switched if the Transition at constant speed n and / or constant Desired torque Mw occurs.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_2 der mit einem
fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betriebenen Zylinder 3, 4
der Brennkraftmaschine 1 wird in Abhängigkeit von der
Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12 sowie dem
vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_1 der mit
einem mageren oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis
betriebenen Zylinder 2, 5 und einem vorgebbaren
Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda_ges) aller
Zylinder 2, 3, 4, 5 ermittelt.The air-fuel ratio Lambda_2 with a
rich air-fuel ratio operated
In den Figuren 2 und 9 sind zwei verschiedene Fälle eines
Übergangs aus einem aktiven Split-Lambda-Betrieb heraus in
einen inaktiven Split-Lambda-Betrieb (Normalbetrieb)
dargestellt. In dem Fall 1 ändert sich das von dem Fahrer
vorgegebene Wunschdrehmoment Mw nur geringfügig
(stationärer oder quasi-stationärer Fall). Es erfolgt ein
stetiger Übergang von dem anfänglichen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 zu dem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_1 des stöchiometrischen
Betriebs. In dem Fall 2 ändert sich das von dem Fahrer
vorgegebene Wunsch-Drehmoment Mw sprunghaft (dynamischer
Fall). In einem solchen Fall kann durchaus ein Sprung in
dem von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Drehmoment in
Kauf genommen werden, da diese Dynamik von dem Fahrer
gewollt ist. Es erfolgt also statt des oben beschriebenen
Übergangs (vgl. Übergangsbereich C in Figur 5) ein
sprunghafter Übergang zwischen dem Heizbetrieb und dem
Normalbetrieb und folglich ein Abbruch der Betriebsart
Split-Lambda.In FIGS. 2 and 9, two different cases are one
Transition from an active split lambda mode into
an inactive split lambda mode (normal operation)
shown. In
Die vorliegende Erfindung liefert in Form einer
Vorsteuerung Sollwerte für eine nachgeordnete Lambda-Regelung.
Mit der Erfindung wird der Übergang zu der und
aus der Betriebsart Lambda-Split derart realisiert, dass
das gewünschte Fahrerwunschmoment als Sollmoment umgesetzt
werden kann und somit unerwünschte Momentenänderungen und
folglich ein Ruckeln der Brennkraftmaschine 1 verhindert
werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung kann trotz
eines sich (in dem Übergangsbereich C) von einer
Verbrennung/ Zündung zur anderen ändernden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
(Lambda) ein konstantes Drehmoment
eingestellt werden.The present invention provides in the form of a
Feedforward control setpoint values for a downstream lambda control.
With the invention, the transition to and
realized from the mode lambda split such that
the desired driver request torque implemented as a target torque
can be and thus undesirable torque changes and
Consequently, a jerking of the
Falls sich der NOx-Speicherkatalysator 12 während des
Heizbetriebs in dem gewünschten Temperaturfenster zwischen
etwa 620°C und 750°C befindet, kann der eingespeicherte
Schwefel bei reduzierenden Bedingungen (Lambda_ges im
zeitlichen Mittel < 1) aus dem Katalysator 12 ausgetragen
werden. Wird dem NOx-Speicherkatalysator 12 während der
Entschwefelung jedoch konstant fettes Abgasgemisch als
Reduktionsmittel zugeführt, entsteht Schwefel-Wasserstoff
(H2S). Dies hat einen unangenehmen Geruch und für Personen,
welche dem Abgas ausgesetzt sind, insbesondere das Abgas
einatmen, besteht die Gefahr einer Schwefelvergiftung. Um
dies zu vermeiden, kann das Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_ges kontinuierlichen Schwankungen
unterworfen sein, um periodisch unverbrannten Sauerstoff in
den Katalysator 12 einzuspeichern (sogenanntes wobbelndes
Abgaslambda). In den bisherigen Vorschlägen wurde das
Wobbeln des Gesamt-Abgaslambdas (Lambda_ges) durch
periodisches Verändern aller Zylinderlambdas erzeugt.
Vorteilhafterweise wird jedoch nur für die mit einem fetten
Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda_2 betriebenen Zylinder 3,
4 eine Lambdaänderung vorgesteuert werden. Da der
Wirkungsgradverlauf für ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis
Lambda_2 einen deutlich geringeren Gradienten
aufweist, kann dadurch der Gradient der
Wirkungsgradänderung begrenzt werden.If the NOx storage
Sofern eine zusätzliche Heizleistung für den
Speicherkatalysator 12 benötigt wird, kann diese durch eine
verspätete Zündung der Zylinder 2, 3, 4, 5 bereitgestellt
werden. Die Temperatur der den mager betriebenen Zylindern
2, 5 nachgeschalteten Drei-Wege-Katalysatoren 8, 9 kann
entweder gemessen oder modelliert werden. Beim
Überschreiten einer Grenztemperatur wird Split-Lambda
abgeregelt, um eine Zerstörung der Drei-Wege-Katalysatoren
8, 9 zu vermeiden. Erreicht mindestens einer der Drei-Wege-Katalysatoren
8, 9 eine kritische Temperatur, kann das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Bauteilschutz angefettet
werden.If an additional heating power for the
Storage
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