DE10139848A1

DE10139848A1 - Kraftfahrzeug mit Abgasreinigungssystem und geregelter Luftzufuhr

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Publication number: DE10139848A1
Application number: DE10139848A
Authority: DE
Inventors: Wolf Boll; Christoph Buelte; Josef Guenther; Petr Krenovsky; Klaus Meier; Jakob Seiler; Dirk Voigtlaender
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: BOLL, WOLF, DR., 71384 WEINSTADT, DE
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Luftzufuhrsystem, dem ein Lufteinlassorgan zugeordnet ist und einer Abgasauslassvorrichtung mit Abgasreinigungssystem vorgeschlagen sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei dem Kraftfahrzeug eine Regel- und Steuereinheit vorgesehen, über die das Lufteinlassorgan derart ansteuerbar ist, dass die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems einstellbar ist und ferner im Schubbetrieb die zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems einstellbar ist; für das Verfahren ist vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Temperatur in einem Abgasreinigungssystem ermittelt wird und in einem weiteren Verfahrensschritt die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, ermittelt werden, und bei niedriger Last oder im Schubbetrieb bei Abweichung der Temperatur des Abgasreinigungssystems von einem vorgebbaren Sollbereich ein Lufteinlassorgan betätigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7 und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 22 736 A1 ist ein schaltbarer Bypass für eine Katalysatoranordnung bekannt, mit welchem zur Vermeidung der Katalysatorauskühlung in den Schubabschaltungsphasen des entsprechend ausgerüsteten Kraftfahrzeuges die Abgasströmung um die Katalysatoranordnung herum geleitet wird. Aus der Offenlegungsschrift EP 0 969 187 A1 ist ferner eine Abgasanlage bekannt, bei welcher ein Katalysator Zuleitungen unterschiedlicher Länge aufweist. Je nach Temperatur des Katalysators wird dieser über eine kurze Zuleitung oder über eine längere Zuleitung mit Abgas versorgt. Auf diese Weise kann die Abkühlung des Abgases auf dem Zuführungsweg zum Katalysator nach Bedarf verringert oder erhöht werden.

Bei Anlagen dieser Art wird mit Hilfe eines im Abgasstrang angeordneten Schaltorgans die Temperatur des Abgasreinigungssystems beeinflusst.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Kraftfahrzeug bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, bei denen eine verbesserte Beeinflussung der Temperatur des Abgasreinigungssystems ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Erfindungsgemäß ist für das Kraftfahrzeug eine Regel- und Steuereinheit vorgesehen, über die das Lufteinlassorgan eines Luftzufuhrsystems derart ansteuerbar ist, dass die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems einstellbar ist. Dabei sind dem Luftzufuhrsystem der Brennkraftmaschine alle Bauteile als zugehörig zu betrachten, die zur eingangsseitigen Versorgung der Brennkraftmaschine mit Verbrennungsluft oder Verdünnungsgas eingesetzt werden. Als Lufteinlassorgan kommen alle Einrichtungen infrage, mit welchen die Zufuhrmenge von Verbrennungsluft oder Verdünnungsgas in die Brennkraftmaschine aktiv beeinflusst werden kann, insbesondere einstellbare Drosselelemente wie Drosselklappen oder Ventile, ferner aber auch Luftkompressoren oder der Verdichter eines Abgasturboladers. Dabei stellt eine Drosselklappe ein relativ einfaches Luftzufuhrorgan dar, welches bei quantitätsgeregelten Brennkraftmaschinen ohnehin als hauptsächlich zur Leistungsregelung verwendetes Bauteil im Luftzufuhrsystem vorhanden ist. Kommt die Erfindung bei qualitätsgeregelten Brennkraftmaschinen wie einem Dieselmotor oder einem mager betriebenen Ottomotor zur Anwendung, so ist bei Einsatz einer Drosselklappe diese als zusätzliches Bauteil im Luftzufuhrsystem vorzusehen, falls nicht aus anderen Gründen dort bereits eine Drosselklappe verbaut ist.

Die als maßgebend für die Einstellung der Luftzufuhrmenge anzusehende Temperatur des Abgasreinigungssystems kann der Temperatur einer beliebigen Stelle im Abgasreinigungssystems entsprechen. Vorzugsweise kommt hierfür die Temperatur in einem Abgas-Katalysator oder eingangsseitig am Abgas-Katalysator infrage.

Mit Hilfe der Regel- und Steuereinheit kann, zumindest in dafür geeigneten Fahrzuständen, das Lufteinlassorgan so angesteuert werden, dass der Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine im Sinne der beabsichtigten Temperaturbeeinflussung des Abgasreinigungssystems eingestellt wird. Da das Einlassgas der Brennkraftmaschine im allgemeinen etwa Umgebungstemperatur bzw. eine niedrigere Temperatur als das Abgasreinigungssystem besitzt, wird bei Ansteuerung des Lufteinlassorgans im Sinne einer Erhöhung des Gasdurchsatzes das Abgasreinigungssystem gekühlt. Bei Ansteuerung des Lufteinlassorgans im Sinne einer Erniedrigung des Gasdurchsatzes wird das Abgasreinigungssystem vor Auskühlung bewahrt, bzw. eine rasche Erwärmung des Abgasreinigungssystems gefördert. Auf diese Weise können im Abgasreinigungssystem angeordnete Abgaskatalysatoren schneller in den Temperaturbereich ihrer Wirksamkeit gebracht werden, bzw. dort gehalten werden, und darüber hinaus eine Überhitzung dieser Komponenten vermieden werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperatur des Abgasreinigungssystems über ein in der Regel- und Steuereinheit abgelegtes Rechenmodell und/oder aus dem Messwert eines Temperatursensors ermittelbar. Vorzugsweise wird die Temperatur einer für das Abgasreinigungssystems besonders kritischen Stelle berechnet oder dort gemessen. Diese Stelle kann z. B. eingangsseitig des Vorkatalysators liegen, um diesen mit den angesprochenen Kühlmaßnahmen vor Überhitzung zu schützen. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, die Temperatur vor oder in einem brennkraftmaschinenfern angeordneten Katalysator zu messen bzw. zu berechnen und die oben erwähnten Maßnahmen der Luftzufuhreinstellung zum Schutz vor Auskühlung an diese Temperatur zu koppeln. Daneben ist es natürlich gleichfalls möglich, die Temperaturen an verschiedenen Stellen im Abgasreinigungssystem zu überwachen und die Luftzufuhr wahlweise in Abhängigkeit von einer dieser Temperaturen einzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge zusätzlich in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar. Dadurch werden einerseits negative Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine vermieden. Andererseits kann der aktuelle Zustand des Brennkraftmaschinenbetriebs bei der angestrebten Temperaturbeeinflussung berücksichtigt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder von der Temperatur der zugeführten Luft und/oder von der Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten einstellbar. Vorzugsweise werden die Signale für die entsprechenden Größen von geeigneten Sensoren zur Verfügung gestellt und in der Regel- und Steuereinheit gemäß den dort abgelegten Abhängigkeiten zum Zwecke der Luftzufuhrmengensteuerung ausgewertet. Neben der direkten Messung können die Konzentrationen der Abgaskomponenten auch durch Berechnung oder aus Kennfeldern bestimmt werden, was von der Regel- und Steuereinheit übernommen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasauslassvorrichtung eine Abgasleitung mit einem Abzweig für eine Verlängerung und eine Kurzschlussleitung auf, wobei in der Verlängerung und/oder in der Kurzschlussleitung ein einstellbares Drosselelement angeordnet ist. Durch diese konstruktive Maßnahme kann die Temperatur des Abgasreinigungssystems zusätzlich durch Steuerung des Abgasweges beeinflusst werden. Wird das Abgas überwiegend durch die Verlängerung geführt, so wird eine Abkühlung gefördert, wird das Abgas überwiegend durch die Kurzschlussleitung geführt, so wird eine Abkühlung vermieden. Durch Kombination mit der Einstellung des Lufteinlassorgans ergeben sich somit noch wirksamere Möglichkeiten, die Temperatur des Abgasreinigungssystems bzw. der darin angeordneten Komponenten zu beeinflussen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Öffnungsweite des Drosselelementes einstellbar. Je nach Öffnungsweite des Drosselelementes wird der Abgasstrom stärker in die Verlängerung bzw. in die Kurzschlussleitung geleitet. Durch die vergleichsweise starke Abkühlung des durch die Verlängerung geführten Abgases ergibt sich hier eine stärkere Abkühlung. Dieser Abkühlungseffekt wird bei der Steuerung der Luftzufuhrmenge durch das einlassseitige Lufteinlassorgan berücksichtigt, wodurch die Flexibilität des Gesamtsystems hinsichtlich der Temperaturbeeinflussung des Abgasreinigungssystems weiter vergrößert wird.

Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass eine Regel- und Steuereinheit vorgesehen ist, über die das Lufteinlassorgan derart ansteuerbar ist, dass die der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems einstellbar ist. Da heute übliche Brennkraftmaschinen über eine sogenannte Schubabschaltung verfügen, d. h. im Schubbetrieb die Kraftstoffzugabe zur Brennkraftmaschine unterbrochen wird, kann in der Schubphase ohne Querbeeinflussung der abgegebenen Brennkraftmaschinenleistung der Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine in effektiver Weise zur Beeinflussung der Temperatur des Abgasreinigungssystems genutzt werden. Zu diesem Zweck wird über das Lufteinlassorgan die durchgesetzte Gasmenge entsprechend eingestellt. Soll das Abgasreinigungssystem gekühlt werden, so wird durch entsprechende Einstellung des Lufteinlassorgans während der Schubphase der Luftdurchsatz durch die Brennkraftmaschine erhöht. Soll hingegen z. B. bei Talfahrt des Kraftfahrzeuges mit Schubabschaltung eine Auskühlung des Abgasreinigungssystem vermieden werden, so wird über das Lufteinlassorgan eine Drosselung des Gasdurchsatzes vorgenommen. Mit besonders geringem Aufwand lässt sich dies durch ein Lufteinlassorgan in Form einer Drosselklappe erreichen, welche bei quantitätsgeregelten Brennkraftmaschinen ohnehin im Luftzufuhrsystem verbaut ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt die Temperatur in einem Abgasreinigungssystem ermittelt und in einem weiteren Verfahrensschritt die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere die Brennkraftmaschinenlast, ermittelt, und bei niedriger Last oder im Schubbetrieb bei Abweichung der Temperatur des Abgasreinigungssystems von einem vorgebbaren Sollbereich ein einem Luftzufuhrsystem der Brennkraftmaschine zugeordnetes Lufteinlassorgan betätigt. Durch die Betätigung des Lufteinlassorgans wird die durch die Brennkraftmaschine durchgesetzte Gasmenge bzw. Luftmenge beeinflusst und dadurch wiederum die Temperatur des Abgasreinigungssystems beeinflusst. Insbesondere können im Abgasreinigungssystem angeordnete Katalysatoren vor Überhitzung geschützt bzw. im Temperaturbereich ihrer Wirksamkeit gehalten werden. Hierfür können auch mehrere Temperaturen ermittelt und für die Aktivierung des Lufteinlassorgans ausgewertet werden. Zur Vermeidung einer Überhitzung wird beispielsweise die Temperatur eingangsseitig eines brennkraftmaschinennah angeordneten Katalysators ermittelt und entsprechend reagiert. Die Überwachung der Temperatur eines brennkraftmaschinenfern angeordneten Katalysators wird dagegen hauptsächlich zur Vermeidung einer Auskühlung durchgeführt. Um durch die Betätigung des Lufteinlassorgans eine unerwünschte Querbeeinflussung auf die vom Fahrer des Kraftfahrzeugs angeforderte Brennkraftmaschinenleistung zu vermeiden, werden von geeigneten Sensoren die aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt. Vorzugsweise in der ohnehin vorhandenen Regel- und Steuereinheit zur Regelung des Brennkraftmaschinenbetriebs werden diese Daten ausgewertet und entschieden, ob eine Betätigung des Lufteinlassorgans notwendig bzw. möglich ist. Der bevorzugte Betriebsbereich für die Regulierung der Luftzufuhr durch das Lufteinlassorgan zum Zwecke der Temperaturbeeinflussung ist der Schubbetrieb der Brennkraftmaschine und der Bereich mit geringer Leistungsabgabe. In diesen Betriebsbereichen kann z. B. die Luftzufuhr nahezu leistungsneutral beeinflusst bzw. gedrosselt werden. Unter der zugeführten Luft ist dabei allgemein das in den Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführte Gas zu verstehen, welches nicht nur aus der Umgebungsluft, sondern auch teilweise aus rückgeführtem Abgas bestehen kann. Als Lufteinlassorgan kommt daher prinzipiell jedes Einstellelement infrage, mit welchem die durch die Brennkraftmaschine durchgesetzte Gasmenge beeinflusst werden kann. Es versteht sich, dass in einem weiten Temperaturbereich des Abgasreinigungssystems, in dem kein Regeleinfluss zur Erreichung einer Solltemperatur erforderlich ist, von der Regel- und Steuereinheit die Luftmenge verbrauchsoptimal bzw. im Sinne der bestmöglichen Abgasqualität vorgegeben wird.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Überschreiten des vorgebbaren Temperatur-Sollbereichs die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine durch Betätigung des Lufteinlassorgans erhöht und bei Unterschreiten des vorgebbaren Temperatur-Sollbereichs die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine durch Betätigung des Lufteinlassorgans erniedrigt. Mit einer erhöhten Zufuhr an vergleichsweise kühler Umgebungsluft kann das Abgasreinigungssystem rasch abgekühlt werden, wodurch eine Überhitzung von Katalysatoren im Abgasreinigungssystem, z. B. bei Wechsel in den Schubbetrieb nach vorangegangenem Volllastbetrieb, vermieden wird. Als Folge der Luftzufuhrdrosselung durch das Lufteinlassorgan wird der Abgasstrom und daher die Wärmeabfuhr aus dem Abgasreinigungssystem vermindert. Dadurch kann die Auskühlung eines Katalysators im Abgasreinigungssystem, z. B. bei längerer Talfahrt des Kraftfahrzeuges im Schubbetrieb, vermieden werden. Die Verringerung der Luftzufuhr kann auch mit Vorteil nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, um eine schnellere Erwärmung des Katalysators zu erreichen (Schnelleres Erreichen der sogenannten Katalysator-Anspringtemperatur).

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Luftzufuhr in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft und/oder von der Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten eingestellt. Durch Berücksichtigung der aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, bzw. der Fahrgeschwindigkeit, kann z. B. vermieden werden, dass die Änderung der Luftzufuhr zu einer Einbuße an Fahrkomfort führt. So kann z. B. auf das Erhöhen der Luftzufuhr beim Übergang in den Schubbetrieb bei gleichzeitig großer Fahrgeschwindigkeit verzichtet werden, wenn durch den dadurch bedingten Wegfall des Drosseleffektes eine erwartete Fahrzeugverzögerung ausbleibt. Weiterhin kann durch die Berücksichtigung des Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten sichergestellt werden, dass die Beeinflussung der Luftzufuhrmenge keine nicht tolerierbare Verschlechterung der Abgasqualität nach sich zieht.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Öffnungsweite eines in dem Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselelementes in Abhängigkeit von der von dem Lufteinlassorgan eingestellten Luftzufuhrmenge eingestellt. In einigen Fällen kann die Einbringung eines weiteren Drosselelementes, wie z. B. einer Abgasdrosselklappe, in das Abgasreinigungssystem vorteilhaft sein. In diesen Fällen wird erfindungsgemäß die Öffnungsweite dieses Drosselelementes auf die Einstellung des Lufteinlassorgans abgestimmt. Durch diese Maßnahme werden die Beeinflussungsmöglichkeiten bezüglich der Temperatur des Abgasreinigungssystems erweitert. Zusätzlich können unerwünschte Quereinflüsse auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges, welche durch die Betätigung des Lufteinlassorgans hervorgerufen werden können, vermieden oder verringert werden.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ( erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine mit Luftzufuhrsystem und Abgasauslassvorrichtung,
Fig. 2 ein Kennfeld der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 mit schematisch eingezeichnetem Betriebsbereich der Luftzufuhrregelung,
Fig. 3 ein schematisches Blockbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit Luftzufuhrsystem und Abgasauslassvorrichtung,
Fig. 4 ein Diagramm mit der Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bei Schubbetrieb und Öffnung eines Lufteinlassorgans,
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf von Katalysatortemperaturen, entsprechend dem Verlauf der im Diagramm der Fig. 4 dargestellten Größen,
Fig. 6 ein weiteres Diagramm mit der Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bei Schließung eines Lufteinlassorgans sowie
Fig. 7 den zeitlichen Verlauf von Katalysatortemperaturen, entsprechend dem Verlauf der im Diagramm der Fig. 6 dargestellten Größen.
In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1, welche ein als Drosselklappe ausgeführtes Luftzufuhrorgan 4 sowie einen Ladeluftkühler 20 und einen Temperatursensor 14 in der Ansaugluftleitung 3 aufweist, gezeigt. Die Brennkraftmaschine 1 ist in dem hier dargestellten Beispiel als Dieselmotor ausgeführt.
Die Abgasauslassvorrichtung 2 weist ein Abgasreinigungssystem mit Vorkatalysator 10 und Hauptkatalysator 11 auf. Die Abgasauslassvorrichtung 2 weist ferner eine Abgasleitung 5 auf, in die die Turbine eines Abgasturboladers 19, ein Temperatursensor 13 sowie ein als Drosselklappe 21 ausgeführtes Drosselelement eingebaut sind. Ansaugluftleitung 3 und Abgasleitung 5 sind über eine Abgasrückführleitung 17 mit Abgasrückführventil 18 miteinander verbunden. Die Temperatursensoren 13, 14 bzw. die Drosselklappen 4, 21 und das Abgasrückführventil sind über Signal- bzw. Steuerleitungen 15 mit der Regel- und Steuereinheit 16 verbunden. Die Regel- und Steuereinheit 16 dient zur Verarbeitung der empfangenen Sensor-Signale sowie zur Erzeugung von Steuersignalen mit Hilfe von ebenfalls in der Regel- und Steuereinheit 16 verfügbarer Software bzw. mit Hilfe von Kennfeldern. Die zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 weiter verwendeten Sensoren und Aktuatoren wie z. B. Drehzahlsensor, Lastsensor, Einspritzanlage, Sauerstoffsonde, Luftmengenmesser und deren Signalleitungen sind nicht eingezeichnet. Ebenso ist ein Rußfilter, welches in der Abgasleitung 5 angeordnet sein kann, nicht eigens aufgeführt.
Im vorliegenden Fall repräsentiert das vom Temperatursensor 13 eingangsseitig des Vorkatalysators 10 gelieferte Signal die Temperatur des Abgasreinigüngssystems. Je nach Art der eingesetzten Katalysatoren 10 und 11 kann es selbstverständlich vorteilhaft sein, den Temperatursensor eingangsseitig des Hauptkatalysators 11 zu platzieren oder zwei bzw. mehrere Temperatursensoren im Abgassystem unterzubringen. In diesem Fall werden zwei oder mehrere Messwerte von der Regel- und Steuereinheit 16 ausgewertet und für die Luftzufuhrmengensteuerung ausgewertet. In Abhängigkeit von der vom Temperatursensor 13 gemessenen Temperatur und in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 wird über die Regel- und Steuereinheit 16 die Drosselklappe 4 angesteuert. Eine Androsselung der Brennkraftmaschine 1 bzw. ein mehr oder weniger starkes Schließen der Drosselklappe 4 wird vorzugsweise dann vorgenommen, wenn die Temperatur unterhalb des Wirkungsbereiches des Vorkatalysators 10 liegt. Dies kann z. B. nach einem Kaltstart oder bei längerer Fahrt im niedrigen Teillastbereich auftreten. Durch die Androsselung wird einerseits der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 verringert, was eine Erhöhung der Abgastemperatur zu Folge hat. Andererseits wird der Durchsatz von relativ kühler Umgebungsluft, und damit der Wärmeaustrag aus den Katalysatoren 10, 11 verringert. Wird vom Temperatursensor 13 dagegen eine unerwünscht hohe Temperatur gemessen, so wird, falls dies der jeweilige Betriebszustand der Brennkraftmaschine erlaubt, die Drosselklappe 4 weiter geöffnet und so die durchgesetzte Luftmenge erhöht. Durch den erhöhten Durchsatz an vergleichsweise kühler Umgebungsluft wird damit eine Abkühlung des Abgasreinigungssystems erreicht.
Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine können die angesprochenen Einstellungen der Drosselklappe 4 als ergänzende oder zusätzliche Maßnahmen zur Beeinflussung der Temperatur des Abgasreinigungssystems durchgeführt werden. Weitere Maßnahmen für diesen Zweck sind beispielsweise eine durch Verstellung des Abgasrückführventils 18 vorgenommene Veränderung der Abgasrückführmenge oder die abgasseitige Androsselung der Brennkraftmaschine 1 durch Schließen der Drosselklappe 21. Der bevorzugte Einsatzbereich der Luftzufuhrsteuerung durch die in der Ansaugleitung 3 angeordnete Drosselklappe 4 zur Beeinflussung der Temperatur des Abgasreinigungssystems liegt im Bereich des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine 1 bzw. im Bereich hoher Abgasrückführmengen. Daneben kann die Beeinflussung der Abgastemperatur durch die Betätigung der Drosselklappe 4 auch zur Durchführung besonderer Betriebsmodi für das Abgasreinigungssystem genutzt werden bei denen eine Aufheizung des Abgasreinigungssystems vorgenommen werden soll. Dies gilt insbesondere für Regenerationsprozesse, wie z. B. für die Regeneration eines Rußfilters. Es versteht sich, dass für diesen Zweck auch die anderen oben genannten Maßnahmen zusätzlich oder begleitend eingesetzt werden können.
Fig. 2 zeigt in Diagrammform ein Kennfeld der Brennkraftmaschine 1. Dabei ist auf der horizontalen Achse die Drehzahl n in 1/min abgetragen und auf der vertikalen Achse das abgegebene Drehmoment M abgetragen. Im Betriebsbereich unterhalb der horizontalen Achse liegt Schubbetrieb vor, oberhalb der horizontalen Achse liegt der Antriebsbereich. Der Betriebsbereich, in welchem die Luftzufuhrmenge durch Ansteuerung der einlassseitigen Drosselklappe 4 die Temperatur des Abgasreinigungssystems vorzugsweise beeinflusst wird, liegt unterhalb der Kennfeldlinie A-B, wobei die Bereichsgrenzen in Abhängigkeit weiterer Einflussgrößen wie z. B. der vom Temperatursensor 14 gemessenen Temperatur der Ansaugluft, verändert werden können. Der angegebene Kennfeldbereich für die Luftzufuhrregelung liegt überwiegend im Bereich des Schubbetriebs, kann sich jedoch bei höheren Drehzahlen und gleichzeitig niedrigem Drehmoment auch in den Antriebsbereich erstrecken.
In Fig. 3 ist schematisch ein weiteres Beispiel einer Brennkraftmaschine mit Luftzufuhrsystem und Abgasreinigungssystem dargestellt. Im Vergleich zu den Fig. 1 und 2 sind gleichartige Bauteile hier mit den gleichen Nummern versehen, so dass auf eine ausführliche Erläuterung aller Bauteile verzichtet wird. Im dargestellten Beispiel ist die Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor ausgeführt.
Die Abgasauslassvorrichtung 2 weist ausgangsseitig des Vorkatalysators 10 einen Abzweig 6 auf, so dass die Abgasleitung 5 in eine Verlängerung 7 und in eine Kurzschlussleitung 8 verzweigt ist. Verlängerung 7 und Kurzschlussleitung 8 werden eingangsseitig des Hauptkatalysators 11 wieder zusammengeführt. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird nach Austritt aus dem Hauptkatalysator über einen Schalldämpfer 12geführt und danach an die Umgebung abgegeben. Über ein Drosselelement 9 kann das Verhältnis der Abgasströme durch die Verlängerung und durch die Kurzschlussleitung bestimmt werden.
Als maßgebend für die Temperatur des Abgasreinigungssystems wird hier die Temperatur des Hauptkatalysators 11 betrachtet. Deshalb wird die Betätigung des als Drosselklappe 4 ausgeführten Lufteinlassorgans in erster Linie von der vom Temperatursensor 13 gemessenen Temperatur bestimmt. Vorzugsweise im Schubbetrieb wird zur Beeinflussung der Temperatur des Hauptkatalysators 11 die Drosselklappe 4 betätigt. Durch Berücksichtigung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, der durch den Temperatursensor 14 gemessenen Einlasslufttemperatur und der durch den Temperatursensor 13 gemessenen Temperatur sowie im Zusammenspiel mit der Stellung der Drosselklappe 9 kann der Hauptkatalysator 11 im Bereich seiner optimalen Wirksamkeit gehalten werden. Die genannten Größen kennzeichnen hauptsächlich den Zustand des dargestellten Gesamtsystems. Durch eine in diesem Sinne zustandsgesteuerte Betätigung der Drosselklappe 4 kann in effektiver Weise die Temperatur des Abgasreinigungssystems beeinflusst werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Einsatz eines Hauptkatalysators 11 mit relativ schmalem Temperaturbereich der Wirksamkeit (Temperaturfenster), wie z. B. einem Stickoxid-Speicherkatalysator. Das Temperaturfenster solcher Stickoxid- Speicherkatalysatoren liegt typischerweise zwischen 250°C und 450°C. Für eine effektive Stickoxidentfernung ist es daher erforderlich, den Hauptkatalysator 11 in diesem Temperatursollbereich zu halten. Zusätzlich ist es wegen der vergleichsweise schlechten Temperaturdauerfestigkeit von Stickoxid-Speicherkatalysatoren wichtig, dass eine Temperaturobergrenze von z. B. 800°C möglichst nicht erreicht wird bzw. nach Überschreitung möglichst schnell eine Abkühlung des Katalysators erreicht wird. Durch die beschriebene Drosselklappenbetätigung lassen sich beide Forderungen in vorteilhafter Weise erreichen. Dies wird durch die in den weiteren Figuren gezeigten Diagramme erläutert.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in welchem der zeitliche Verlauf der Fahrgeschwindigkeit v eines Kraftfahrzeuges und der Öffnungswinkel α_DK eines als Drosselklappe 4 ausgebildeten Lufteinlassorgans im Luftzufuhrsystem aufgetragen sind. Zum Zeitpunkt t1 wird nach einer gewissen Dauer mit Hochlastbetrieb die Brennkraftmaschine 1 des Kraftfahrzeuges in einen Schubbetrieb umgeschaltet. Zum Zeitpunkt t2 wird der Brennkraftmaschinenbetrieb wieder in den Antriebsbereich mit mittlerer Last zurückgeschaltet. Als Folge des Schubbetriebs im Zeitabschnitt t1 bis t2 sinkt die Fahrgeschwindigkeit, wie dargestellt, von v1 (z. B. Fahrt mit Hochgeschwindigkeit) auf v2 (Fahrt mit Normalgeschwindigkeit). Während des Hochlastbetriebes der Brennkraftmaschine tritt zwangsläufig eine starke Erhitzung der Katalysatoren 10, 11 auf. Zur raschen Abkühlung der Katalysatoren wird der Öffnungswinkel α_DK der Drosselklappe während des Schubbetriebs vergrößert, wie im Diagramm gezeigt.
In Fig. 5 ist in Diagrammform die Reaktion der eingangsseitig des Vorkatalysators 10 vorhandenen Temperatur TKat10 und der eingangsseitig des Hauptkatalysators 11 vorhandenen Temperatur TKat11 während des in Fig. 4 dargestellten Vorganges aufgetragen. Es ist deutlich erkennbar, dass die Temperatur TKat11 und insbesondere die Temperatur TKat10 rasch absinkt. Dadurch wird erreicht, dass der Vorkatalysator 10 nach Überschreiten seiner Temperaturstabilitätsgrenze (oberhalb T₃) rasch in den Temperaturbereich zwischen T₁ und T₃ seiner Temperaturstabilität bzw. seiner Wirksamkeit gelangt. Analog hierzu wird erreicht, dass der Hauptkatalysator 11 nach Überschreiten seines Temperaturfensters (Bereich zwischen T₁ und T₂) rasch wieder in den Bereich seiner Wirksamkeit gebracht wird.
Die rasche Absenkung der Temperaturen TKat10, TKat11 ist Folge der erhöhten Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1, welche durch die Öffnung der Drosselklappe 4 eingestellt wurde und einen erhöhten Abgasstrom zur Folge hat. Der erhöhte Abgasstrom führt zu verstärkter Wärmeabfuhr aus dem Abgasreinigungssystem und somit zu einer raschen Abkühlung der Katalysatoren 10 und 11.
In Fig. 6 ist in Diagrammform ein Vorgang mit ähnlichem Verlauf wie in Fig. 4 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 wird hier jedoch zum Zeitpunkt t1 ausgehend von einem Betriebspunkt mit erhöhter Teillast auf schwache Teillast und zum Zeitpunkt t2 wieder in den Teillastbetrieb geschaltet. Entsprechend sinkt während der Phase t1 bis t2 die Fahrgeschwindigkeit von v3 auf v4 ab. Im Unterschied zu dem in Fig. 4 beschriebenen Vorgang wird hier der Öffnungswinkel α_DK der Drosselklappe 4 und damit die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 während der Betriebsphase zwischen t1 und t2 stark verringert.
Fig. 7 zeigt in Analogie zu Fig. 5 den zeitlichen Temperaturverlauf der Temperaturen TKat10 und TKat11 während des in Fig. 6 dargestellten Vorganges. Deutlich erkennbar ist ein im Vergleich zu Fig. 5 verlangsamtes Absinken der Temperaturen TKat10 und TKat11 während der Phase t1 bis t2, was Folge des verminderten Luftdurchsatzes durch die Brennkraftmaschine 1 ist. Dadurch wird verhindert, dass die Temperatur TKat11 unterhalb T1 absinkt, so dass der Hauptkatalysator 11 im Temperaturbereich seiner Wirksamkeit, d. h. im Bereich von T₁ bis T₂ verbleibt.

Claims

1. Kraftfahrzeug mit
einer Brennkraftmaschine (1),
einem Luftzufuhrsystem, dem ein Lufteinlassorgan (4) zugeordnet ist
und einer Abgasauslassvorrichtung (2) mit Abgasreinigungssystem (10, 11),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Regel- und Steuereinheit (16) vorgesehen ist, über die das Lufteinlassorgan (4) derart ansteuerbar ist, dass die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems (10,11) einstellbar ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Abgasreinigungssystems (10, 11) über ein in der Regel- und Steuereinheit (16) abgelegtes Rechenmodell und/oder aus einem Messwert eines Temperatursensors (13) ermittelbar ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge zusätzlich in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) einstellbar ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder von der Temperatur der zugeführten Luft und/oder von der Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten einstellbar ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasauslassvorrichtung (2) eine Abgasleitung (5) mit einem Abzweig (6) für eine Verlängerung (7) und eine Kurzschlussleitung (8) aufweist, wobei in der Verlängerung (7) und/oder in der Kurzschlussleitung (8) ein einstellbares Drosselelement (9) angeordnet ist.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Öffnungsweite des Drosselelementes (9) einstellbar ist.

7. Kraftfahrzeug mit
einer Brennkraftmaschine (1),
einem Luftzufuhrsystem, dem ein Lufteinlassorgan (4) zugeordnet ist
und einer Abgasauslassvorrichtung (2) mit Abgasreinigungssystem (10, 11),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Regel- und Steuereinheit (16) vorgesehen ist, über die das Lufteinlassorgan (4) derart ansteuerbar ist, dass die der Brennkraftmaschine (1) im Schubbetrieb zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgasreinigungssystems (10, 11) einstellbar ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine (1), bei dem
in einem ersten Verfahrensschritt die Temperatur in einem Abgasreinigungssystem (10, 11) ermittelt wird und
in einem weiteren Verfahrensschritt die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1), insbesondere die Brennkraftmaschinenlast, ermittelt werden, und
bei niedriger Last oder im Schubbetrieb bei Abweichung der Temperatur des Abgasreinigungssystems von einem vorgebbaren Sollbereich ein einem Luftzufuhrsystem der Brennkraftmaschine (1) zugeordnetes Lufteinlassorgan (4) betätigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vorgebbaren Temperatur-Sollbereichs die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) durch Betätigung des Lufteinlassorgans (4) erhöht wird und bei Unterschreiten des vorgebbaren Temperatur-Sollbereichs die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (1) durch Betätigung des Lufteinlassorgans (4) erniedrigt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) und/oder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luft und/oder von der Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsweite eines in dem Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Drosselelementes (9) in Abhängigkeit von der von dem Lufteinlassorgan (4) eingestellten Luftzufuhrmenge eingestellt wird.