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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur hinter
einem Katalysator im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors mit einem ersten, äußeren Regelkreis,
in dem eine erste Stellgröße aus einer
ersten Regelabweichung gebildet wird, die aus einem ersten Istwert
und einem ersten Sollwert gebildet wird, wobei als erster Istwert
ein Maß für eine Temperatur
hinter dem Katalysator bestimmt wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Regelung einer Temperatur
hinter einem Katalysator im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors
mit einem ersten, äußeren Regelkreis,
in dem das Steuergerät
eine erste Stellgröße aus einer
ersten Regelabweichung und diese aus einem ersten Istwert und einem
ersten Sollwert bildet, und wobei als erster Istwert ein Maß für eine Temperatur
hinter dem Katalysator dient.
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Ein
solches Verfahren und ein solches Steuergerät sind aus der Veröffentlichung „Fortschritt-Berichte
VDI, Reihe 12 Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik, Nr. 49, 23. Internationales
Wiener Motorensymposium, 25.–26.
April 2002, Seite 171" bekannt,
allerdings werden dort keine Details der Regelung offenbart.
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Moderne
Abgasreinigungsanlagen weisen in der Regel eine Hintereinanderanordnung
von mehreren Katalysatoren und/oder Filtern auf. So werden beispielsweise
NOx-Speicherkatalysatoren
und Partikelfilter in Strömungsrichtung
der Abgase hinter einem 3-Wege-Katalysator,
einem Oxidationskatalysator oder einem Startkatalysator angeordnet.
Die Funktion der in Strömungsrichtung
hinteren Katalysatoren erfordert häufig zumindest zeitweise besondere
Abgastemperaturen beim Eintritt in diese Katalysatoren.
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So
wird beispielsweise ein NOx-Speicherkatalysator, der bei magerem
Abgas Stickoxide speichert, durch periodisches Erzeugen von Sauerstoffmangel
im Abgas regeneriert. Eine erhöhte
Abgastemperatur begünstigt
die Regeneration. Partikelfilter, wie sie bei modernen Kraftfahrzeugen
mit Dieselmotoren zunehmend eingesetzt werden, stellen ein anderes
Beispiel von Abgasreinigungskomponenten dar, die bestimmte Mindesttemperaturen
für eine
Aufrechterhaltung ihrer Funktion benötigen.
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Um
die Aufnahmefähigkeit
eines Partikelfilters für
Ruß über längere Zeiträume aufrechterhalten zu
können,
muss der im Partikelfilter eingelagerte Ruß von Zeit zu Zeit bei einer
erhöhten
Abgastemperatur zu CO2 verbrannt werden.
Dazu muss der Partikelfilter zumindest zeitweise auf über 550°C aufgeheizt
werden. Häufig
ist dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet.
Ein Temperatursensor, der zwischen dem Oxidationskatalysator und
dem Partikelfilter angeordnet ist, liefert zwar einen sehr genauen
Wert für
die Temperatur am Eingang des Partikelfilters, er reagiert aber
aufgrund der großen Wärmekapazität des davor
angeordneten Oxidationskatalysators nur sehr träge auf Änderungen der Abgastemperatur,
die vor dem Oxidationskatalysator eingestellt werden. Dadurch wird
eine Regelung der Abgastemperatur am Eingang des Partikelfilters
so träge,
dass sie nur in stationären
Betriebszuständen des
Verbrennungsmotors schnell genug auf Änderungen der Abgastemperatur
reagieren kann. Da Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen in der
Regel mit schnell wechselnden Lasten und Drehzahlen und damit schnell
wechselnden Abgastemperaturen betrieben werden, stellen stationäre Zustände eher die
Ausnahme als die Regel dar. Dadurch wird eine ordnungsgemäße Regenerierung
des Partikelfilters im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erschwert.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Verfahrens und eines Steuergerätes zur Regelung von Abgastemperaturen,
die eine verbesserte Genauigkeit der Regelung auch im instationären Fall
mit ohne Regelungseingriffe stark schwankenden Abgastemperaturen
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch
einen zweiten, inneren Regelkreis gelöst, in dem wenigstens eine
zweite Stellgröße aus einer
zweiten Regelabweichung gebildet wird, die aus einem zweiten Istwert
und einem zweiten Sollwert gebildet wird, wobei als zweiter Istwert
eine Temperatur vor dem Katalysator bestimmt wird und wobei die
zweite Stellgröße eine
innermotorische Wärmeerzeugung
beeinflusst.
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Ferner
wird diese Aufgabe bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass
das Steuergerät
in einem zweiten, inneren Regelkreis eine zweite Stellgröße aus einer
zweiten Regelabweichung und diese aus einem zweiten Istwert und
einem zweiten Sollwert bildet, wobei als zweiter Istwert eine Temperatur
vor dem Katalysator dient und wobei die zweite Stellgröße eine
innermotorische Wärmeerzeugung
beeinflusst.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
diese Maßnahmen
wird eine Abgastemperaturregelung bereitgestellt, die auch in instationären Betriebszuständen ausreichend
schnell und mit ausreichender Genauigkeit auf Änderungen der Abgastemperatur
reagiert. Dabei wird die Genauigkeit der Abgastemperaturregelung
durch den ersten, äußeren Regelkreis
gewährleistet,
der einen Istwert für
eine Temperatur hinter dem davor angeordneten Katalysator als Eingangsgröße verarbeitet.
Dadurch können
die Temperaturanforderungen eines nachgeschalteten Partikelfilters
oder Katalysators in stationären
Zuständen
hinreichend genau erfüllt
werden. Eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit der Regelung
ergibt sich durch die parallele Verarbeitung eines zweiten Istwertes,
der als Maß für eine Temperatur
vor dem vorgeschalteten Katalysator dient. Der zeitliche Verlauf
dieses zweiten Istwertes wird nicht durch die Wärmekapazität des vorgeschalteten Katalysators
beeinflusst, der gewissermaßen
als Tiefpass für Änderungen
der Abgastemperatur wirkt. Mit der Summe dieser Merkmale wird eine
Abgasregelung bereitgestellt, die auch in instationären Betriebszuständen, in
denen die Abgastemperaturen stark schwanken können, ausreichend genaue und
hinreichend schnelle Regeleingriffe liefert.
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Es
ist bevorzugt, dass als Maß für die Temperatur
hinter dem Katalysator ein Istwert der Temperatur hinter dem Katalysator
erfasst wird oder eine Differenz aus der hinter dem Katalysator
erfassten Temperatur und der Temperatur vor dem Katalysator bestimmt
wird.
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Durch
diese Maßnahme
kann das Temperaturgefälle über dem
vorgeschalteter Katalysator bei der Regelung berücksichtigt werden. Dadurch
kann der vorgeschaltete Katalysator, der in der Regel ein Oxidationskatalysator
ist oder zumindest eine Oxidationskatalysatorwirkung besitzt, vor
einer Überhitzung
geschützt
werden. Eine Überhitzung
kann zum Beispiel dadurch auftreten, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe
im Abgas mit Restsauerstoff im Abgas im Oxidationskatalysator exotherm
reagieren, was an sich für
eine Aufheizung des nachgeschalteten Katalysators erwünscht sein
kann, andererseits aber nicht exzessiv erfolgen soll.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die erste Stellgröße aus dem äußeren Regelkreis auf den zweiten Sollwert,
also den Sollwert des inneren Regelkreises einwirkt.
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Durch
diese Maßnahme
wird der zweite, innere Regelkreis durch den ersten, äußeren Regelkreis
geführt,
so dass beide Regelkreise synchron und nicht gegeneinander arbeiten.
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Bevorzugt
ist auch, dass die erste Stellgröße auf eine
nachmotorische Wärmeerzeugung
einwirkt.
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Grundsätzlich kann
die für
eine Aufheizung des Abgasreinigungssystems benötigte wärme innermotorisch oder nachmotorisch
erzeugt werden. Dabei versteht man unter einer innermotorischen
Wärmeerzeugung
eine Erzeugung von Wärme
durch einen Verbrennungsprozess in Brennräumen des Verbrennungsmotors.
Im Unterschied dazu versteht man unter einer nachmotorischen Wärmeerzeugung
eine Erzeugung von Wärme
durch exotherme Reaktionen von Abgasen aus diesen Verbrennungsprozessen, wobei
diese exothermen Reaktionen nicht mehr oder zumindest nur unwesentlich
zur Drehmomenterzeugung in Brennräumen des Verbrennungsmotors beitragen.
Eine innermotorische Wärmeerzeugung
erwärmt
das Abgas und damit das Abgasnachbehandlungssystem gewissermaßen global,
während
eine nachmotorische Wärmeerzeugung
selektiver auf katalytische Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems
wirkt. Um bestimmte Teile des Abgasnachbehandlungssystems, beispielsweise
einen Abgasturbolader, vor Überhitzung
zu schützen,
kann die innermotorische Erzeugung von Wärme nicht in allen Betriebspunkten
des Verbrennungsmotors verwendet werden. Ein Plus an innermotorischer
Wärme kann
zum Beispiel durch eine Androsselung, also durch eine Einschränkung der
Luftzufuhr zu Brennräumen
des Verbrennungsmotors, erzeugt werden. Eine andere Alternative
zur verstärkten
Erzeugung innermotorischer Wärme
besteht in einer frühen Nacheinspritzung
in Brennräume
des Verbrennungsmotors. Dabei versteht man unter einer frühen Nacheinspritzung
eine Einspritzung von Kraftstoff, bei der der eingespritzte Kraftstoff
zumindest teilweise noch an der drehmomenterzeugenden Verbrennung
im Brennraum teilnimmt.
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Für eine nachmotorische
Wärmeerzeugung wird
dagegen alternativ eine späte
Nacheinspritzung von Kraftstoff in Brennräume des Verbrennungsmotors
oder eine Dosierung von Kraftstoff direkt in das Abgasnachbehandlungssystem
des Verbrennungsmotors verwendet. Dabei gilt eine Nacheinspritzung dann
als späte
Nacheinspritzung, wenn der eingespritzte Kraftstoff nicht mehr oder
nur noch zu einem unwesentlichen Teil an der drehmomenterzeugenden Verbrennung
im Brennraum teilnimmt. Da mit einer nachmotorischen Wärmeerzeugung
schnell große Wärmemengen
bereitgestellt werden können,
und die zweite Stellgröße aus dem
zweiten Istwert gebildet wird, der sich in instationären Betriebszuständen schnell ändert, ermöglicht diese
Ausgestaltung eine bedarfsgerecht schnelle Bereitstellung von Wärme zur
Glättung
des Abgastemperaturverlaufs auch in instationären Betriebszuständen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
zwischen einem Einwirken auf den ersten Sollwert und einem ergänzenden
Einwirken auf eine nachmotorische Wärmeerzeugung oder einem Einwirken
auf den ersten Sollwert und einem Einwirken auf die nachmotorische Wärmeerzeugung
umgeschaltet wird.
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Auch
diese Ausgestaltung begünstigt
eine bedarfsgerechte Auswahl der wärmeerzeugenden Maßnahme.
Dabei wird bevorzugt bei großen
Wärmestromanforderungen
auf die nachmotorische Wärmeerzeugung
umgeschaltet und bei kleineren Wärmestromanforderungen
die perfekte Synchronisierung der Regelkreise durch Einwirken auf
den ersten Sollwert verwendet.
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Bevorzugt
ist auch, dass die nachmotorische Wärmeerzeugung durch eine Dosierung
von Kraftstoff zum Abgas wenigstens eines Brennraums des Verbrennungsmotors
beeinflusst wird.
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Wie
bereits erwähnt,
kann durch diese Maßnahme
ein großer
Wärmestrom
erzeugt werden, der selektiv auf katalytische Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems
wirkt.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die Dosierung zum Abgas durch wenigstens eine
nach einer Verbrennung einer Brennraumfüllung erfolgende späte Nacheinspritzung
von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum des Verbrennungsmotors
erfolgt.
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Durch
diese Ausgestaltung kann gegebenenfalls auf ein separates Dosierventil
im Abgasnachbehandlungssystem verzichtet werden. Die Dosierung von
Kraftstoff zum Abgas des wenigstens einen Brennraums erfolgt dann
durch eine Mehrfachnutzung des diesem Brennraum zugeordneten Kraftstoffeinspritzventils
für drehmomenterzeugende
Einspritzungen und abgastemperatursteigernde Einspritzungen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Dosierung zum Abgas durch wenigstens eine Dosierung von Kraftstoff
in den Abgastrakt vor dem Katalysator erfolgt.
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Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Freisetzung von Wärme aus
dem zusätzlich
eingespritzten Kraftstoff im Abgasnachbehandlungssystem selbst erfolgt
und damit nicht zu einer thermischen Belastung des Verbrennungsmotors,
beispielsweise von Auslassventilen des Verbrennungsmotors, führt.
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Ferner
ist bevorzugt, dass ein Einwirken der zweiten Stellgröße nur dann
erfolgt, wenn der zweite Istwert oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes
liegt.
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Der
vorbestimmte Schwellenwert entspricht bevorzugt der Temperatur des
Konvertierungsbeginns im vorgeschalteten Katalysator oder liegt über der
Temperatur des Konvertierungsbeginns. Dadurch wird insbesondere
mit einer nachmotorischen Erzeugung von Wärme sichergestellt, dass der
zusätzlich eingespritzte
Kraftstoff exotherm im Abgasnachbehandlungssystem umgesetzt wird
und Wärme
erzeugt. Liegt der zweite Istwert dagegen unterhalb des vorbestimmten
Schwellenwertes, kann es zu einer unvollständigen Umsetzung des zusätzlich eingespritzten
Kraftstoffes und damit zu einer unerwünschten Emission von Kohlenwasserstoffen
aus dem Abgasnachbehandlungssystem kommen.
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Bevorzugt
ist auch, dass die innermotorische Wärmeerzeugung durch eine frühe Nacheinspritzung oder
durch eine verspätete
Haupteinspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum des
Verbrennungsmotors beeinflusst wird.
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Durch
diese Maßnahme
wird der zusätzlich eingespritzte
Kraftstoff zumindest teilweise noch bei der drehmomenterzeugenden
Verbrennung im Brennraum verbrannt. Durch den Beitrag des zusätzlich eingespritzten
Kraftstoffes an der Drehmomenterzeugung des Verbrennungsmotors ist
diese Maßnahme
insgesamt verbrauchsgünstiger
als eine sehr späte
Nacheinspritzung in den Brennraum oder direkt in das Abgasnachbehandlungssystem.
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Ferner
ist bevorzugt, dass die innermotorische Wärmeerzeugung durch Eingriffe
auf die in den Verbrennungsmotor strömende Luftmasse beeinflusst
wird.
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Der
besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der für eine Drehmomenterzeugung eingespritzte
Kraftstoff vergleichsweise weniger Luft erwärmen muss. Als Folge kann die
Abgastemperatur ohne nennenswerte Verschlechterungen des Kraftstoffverbrauchs
erhöht
werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
zwischen einer verspäteten
Haupteinspritzung und Eingriffen auf die Luftmasse umgeschaltet
wird.
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Die
verspätete
Haupteinspritzung hat gegenüber
einer Androsselung den Vorteil, dass ein größerer Wärmestrom erzeugt werden kann.
Die Androsselung ist dagegen verbrauchsgünstiger. Durch die Umschaltung
wird bedarfsgerecht zwischen den beiden Möglichkeiten ausgewählt. Bei
einem geringen Wärmestrombedarf
wird die Androsselung gewählt und
bei einem erhöhten
Wärmestrombedarf
wird die verspätete
Haupteinspritzung gewählt.
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Weiter
ist bevorzugt, dass der Sollwert für den ersten Regelkreis als
in Abhängigkeit
vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors und einer im Abgas enthaltenen
Rußmasse
vorgegeben wird.
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Der
Betriebspunkt des Verbrennungsmotors beeinflusst das Grundniveau
der Abgastemperatur. Die im Abgas enthaltene Rußmasse bestimmt die Geschwindigkeit,
mit der ein nachgeschalteter Partikelfilter mit Ruß beladen
wird. Durch das Vorgeben des Sollwertes für den ersten Regelkreis in
Abhängigkeit
von diesen beiden Parametern kann die Abgastemperatur bedarfsgerecht
auf erhöhte
Werte geregelt werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
bei einer nachmotorischen Erzeugung von Wärme eine Abweichung des ersten
Istwerts vom zweiten Istwert auf eine zusätzlich eingespritzte Kraftstoffmenge
bezogen wird und die Abweichung als Diagnosekriterium für eine Funktionsfähigkeit
des Katalysators verwendet wird.
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Bei
einem funktionsfähigen
Katalysator reagiert der zusätzlich
eingespritzte Kraftstoff mit im Abgas enthaltenen Sauerstoff exotherm
und ruft eine Temperaturerhöhung
im Katalysator hervor, die sich in einer Differenz der beiden genannten
Istwerte abbildet. Eine mit Bezug auf die zusätzlich eingespritzte Kraftstoffmenge
zu geringe Temperaturdifferenz zeigt eine verringerte katalytische
Aktivität
des Katalysators und damit eine nicht ausreichende Funktionsfähigkeit
des Katalysators an.
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Mit
Blick auf Ausgestaltungen des Steuergerätes ist bevorzugt, dass das
Steuergerät
wenigstens eine der oben genannten Ausgestaltungen eines Verfahrens
ausführt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen
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1 schematisch
ein Beispiel einer technischen. Umfeldes, in dem die Erfindung ihre
Wirkung entfaltet;
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2 ein
Flussdiagram als erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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3 ein
weiteres Flussdiagramm mit weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens
nach der 2.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen Verbrennungsmotor 10 mit Brennräumen 12, 14, 16, 18,
einem Ansaugrohr 20 und einem Abgasnachbehandlungssystem 22.
Der Verbrennungsmotor 10 wird von einem Steuergerät 24 gesteuert,
das dazu insbesondere, aber nicht ausschließlich, das Signal eines Fahrerwunschgebers 26 erhält. Aus
den Eingangssignalen formt das Steuergerät 24 Ansteuersignale
für Stellglieder
des Verbrennungsmotors 10. So bildet das Steuergerät 24 insbesondere
Einspritzimpulsbreiten, mit denen Einspritzventile 28, 30, 32, 34 geöffnet werden,
wobei jeweils ein Einspritzventil 28, 30, 32, 34 Kraftstoff
in einen bestimmten Brennraum 12, 14, 16, 18 einspritzt. Die
Menge der in den Verbrennungsmotor 10 strömenden Ansaugluft
wird vom Steuergerät 24 gegebenenfalls
durch Ansteuerung eines Drosselklappenstellers 36 beeinflusst,
der die Stellung einer im Ansaugrohr 20 angeordneten Drosselklappe 38 verstellt.
Der Ansaugluftmassenstrom wird mit einem Luftmassenmesser 40 erfasst
und an das Steuergerät 24 übermittelt.
Eine Drehzahlsensorik 42 übermittelt dem Steuergerät 24 Signale über die
Drehzahl des Verbrennungsmotors 10.
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Das
Abgasnachbehandlungssystem 22 weist einen Katalysator 44 und
eine in Strömungsrichtung
der Abgase hinter dem Katalysator 44 angeordnete weitere
Abgasreinigungskomponente auf. Bei einem Dieselmotor als Verbrennungsmotor 10 ist der
erste Katalysator 44 beispielsweise ein Oxidationskatalysator
und die Abgasreinigungskomponente ein Partikelfilter 46.
Weiter weist das Abgasnachbehandlungssystem 22 obligatorisch
einen hinter dem Katalysator 44 angeordneten ersten Temperatursensor 48 und,
optional, einen zweiten Temperatursensor 50 auf, der vor
dem Katalysator 44 angeordnet ist. Für eine nachmotorische Erzeugung
von Wärme im
Abgasnachbehandlungssystem 22 ist ebenfalls optional ein
Dosierventil 52 vorgesehen, das vom Steuergerät 24 betätigt wird
und mit dem Kraftstoff direkt in das Abgasnachbehandlungssystem 22 eingebracht
werden kann. Für den
Fall, dass der Verbrennungsmotor 10 mit einem Abgasturbolader 54 ausgerüstet ist,
ist das Dosierventil 52 bevorzugt in Strömungsrichtung
der Abgase vor einer Turbine 56 des Abgasturboladers 54 angeordnet.
Die Turbine 56 des Abgasturboladers 54 treibt
einen Verdichter 58 an, der im Ansaugrohr 20 des
Verbrennungsmotors 10 angeordnet ist und Luft in Brennräume 28, 30, 32, 34 des
Verbrennungsmotors 10 fördert.
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Der
erste Abgastemperatursensor 48 bildet zusammen mit dem
Steuergerät 24,
dem Dosierventil 52 und/oder wenigstens einem der Einspritzventile 28, 30, 32, 34 einen
ersten, äußeren Regelkreis.
Dabei dient der erste Temperatursensor 48 als Geber für einen
ersten Istwert als Maß für eine Temperatur
hinter dem Katalysator 44. Das Steuergerät 24 übernimmt
die Funktion des Reglers, und das Dosierventil 52 und/oder
wenigstens eines der Einspritzventile 28, 30, 32, 34 übernimmt
die Funktion eines Stellgliedes zur Abgastemperaturregelung. Alternativ
oder ergänzend
führt der
erste, äußere Regelkreis
den zweiten, inneren Regelkreis.
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Der
zweite Temperatursensor 50 bildet zusammen mit dem Steuergerät 24 und
dem Drosselklappensteller 36 und/oder wenigstens einem
der Einspritzventile 28, 30, 32, 34 einen
zweiten, inneren Regelkreis, in dem der zweite Temperatursensor 50 einen
zweiten Istwert als Temperatur vor dem Katalysator liefert, das
Steuergerät 24 die
Funktionen des Reglers übernimmt
und der Drosselklappensteller 36 und/oder wenigstens eines
der Einspritzventile 28, 30, 32, 34,
die Funktion eines Stellgliedes zur Abgastemperaturregelung übernimmt.
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Mit
Blick auf die 2 wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, mit
dem zum Beispiel eine Temperatur vor dem Partikelfilter 46 in
der 1 eingestellt wird. In der 2 repräsentiert
der Schritt 60 ein übergeordnetes
Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10,
das im Steuergerät 24 abgearbeitet
wird. Aus diesem Hauptprogramm heraus wird in vorbestimmter Weise,
zum Beispiel periodisch, zu einem Schritt 62 verzweigt,
in dem in dem ersten, äußeren Regelkreis
der erste Istwert, also ein Wert für die Temperatur hinter dem
Katalysator 44, bestimmt wird. Dies geschieht bevorzugt
durch Auswertung des Signals des ersten Temperatursensors 48.
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Sowohl
der erste Temperatursensor 48 als auch der zweite Temperatursensor 50 können als
separate Temperaturfühler
realisiert sein oder in Abgassensoren integriert sein. So erlaubt
zum Beispiel die Bestimmung des Innenwiderstandes der Keramik einer
herkömmlichen
Lambdasonde einen Rückschluss
auf die Temperatur der Lambdasonde und damit auch auf eine Temperatur
des Abgases am Einbauort der Lambdasonde.
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In
einem Schritt 64 wird ein erster Sollwert für die Regelung
innerhalb des ersten, äußeren Regelkreises
bestimmt. Der erste Sollwert wird im Schritt 64 bevorzugt
als Funktion des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors 10 und
eines Momentanwertes oder eines Integrals einer Rußpartikelkonzentration im
Abgas bestimmt. Der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 wird
im Wesentlichen durch seine Drehzahl und das von ihm erzeugte Drehmoment
definiert, das bei einem Dieselmotor im Wesentlichen von der in
Brennräume 12, 14, 16, 18 eingespritzten Kraftstoffmasse
bestimmt wird. In Abhängigkeit
vom Betriebspunkt stellt sich im Abgasnachbehandlungssystem 22 ohne
Regeleingriffe ein bestimmter Wärmestrom
ein, der die Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem 22 wesentlich
mitbestimmt.
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Durch
die Berücksichtigung
der Rußpartikelkonzentration
kann insbesondere der Beladungszustand des Partikelfilters 46 bei
der Sollwertbildung berücksichtigt
werden. Eine Regenerierung wird gegebenenfalls durch eine Abgastemperaturerhöhung als
Folge einer Sollwerterhöhung
ausgelöst,
wenn der Beladungszustand des Partikelfilters 46 einen Schwellenwert
erreicht, bei dem eine Regenerierung erforderlich ist.
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An
die Bestimmung des ersten Sollwertes im Schritt 64 schließt sich
mit dem Schritt 66 eine Bildung einer Regelabweichung als
Differenz aus erstem Sollwert und erstem Istwert an. Mit dieser
Regelabweichung wird im Schritt 68 eine erste Stellgröße gebildet.
Die im Schritt 68 gebildete erste Stellgröße wirkt
bevorzugt auf die Bestimmung eines zweiten Sollwertes für den zweiten,
inneren Regelkreis im Schritt 70 ein. Im Schritt 72 wird
der zweite Istwert aus dem Signal des zweiten Temperatursensors 50 gebildet
und im Schritt 74 erfolgt die Bildung der zweiten Regelabweichung,
mit der im Schritt 76 die zweite Stellgröße für die Abgastemperaturregelung gebildet
wird. Mit der zweiten Stellgröße wird
bevorzugt eine innermotorische Wärmeerzeugung
beeinflusst, beispielsweise durch eine im Schritt 78 erfolgende
Androsselung des Ansaugluftmassenstroms durch schließendes Ansteuern
der Drosselklappe 38. Aus dem Schritt 78 verzweigt
das Programm zurück in
das Hauptprogramm zur Verbrennungsmotorsteuerung im Schritt 60.
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Im
Rahmen der Abgastemperaturregelung wird die beschriebene Schrittfolge
aus den Schritten 60 bis 78 wiederholt durchlaufen.
Soweit wie bisher beschrieben, beeinflusst die im Schritt 68 gebildete erste
Stellgröße die Bildung
des zweiter. Sollwertes für
den zweiter, inneren Regelkreis im Schritt 70. Alternativ
oder ergänzend
zu einem solchen Eingriff auf den zweiten Sollwert kann die erste
Stellgröße aus dem
Schritt 68 auch für
einen Eingriff auf eine nachmotorische Wärmeerzeugung im Schritt 80 benutzt werden.
Nachmotorische Wärme
wird zum Beispiel als Folge einer Öffnung des Dosierventils 52 erzeugt, mit
dem Kraftstoff direkt in das Abgasnachbehandlungssystem 22 eingebracht
wird, der dort exotherm mit Sauerstoff reagiert. Alternativ oder
ergänzend kann
nachmotorische Wärme
auch durch eine späte Nacheinspritzung
in wenigstens einen der Brennräume 12, 14, 16, 18 des
Verbrennungsmotors 10 erzeugt werden.
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Alternativ
zur Erfassung eines Istwerts der Temperatur hinter dem Katalysator 44 kann
eine Differenz aus der hinter dem Katalysator 44 erfassten Temperatur
und der Temperatur vor dem Katalysator 44 als Maß für die Temperatur
hinter dem Katalysator 44 bestimmt werden. Eine solche
Differenz liefert ein relatives, auf die Temperatur vor dem Katalysator 44 bezogenes
Maß für die Temperatur
hinter dem Katalysator 44.
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3 zeigt
verschiedene Ausgestaltungen des Verfahrens nach der 2,
die jeweils sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander verwendet
werden können.
So dient ein Schritt 82, der nach der Bestimmung des zweiten
Istwerts als Maß für die Temperatur
vor dem Katalysator 44 durchgeführt wird, zur bedarfsgerechten
Umschaltung zwischen einem Aktivieren und einem Deaktivieren des
ersten, äußeren Regelkreises.
Dazu wird in dem Schritt 82 geprüft, ob der erste Istwert einen
Schwellenwert T_S überschreitet.
Bei einem Bejahen der Abfrage erfolgt eine Aktivierung des erster, äußeren Regelkreises
durch Verzweigen zu dem Schritt 64, in dem der erste Sollwert
gebildet wird. Ein Verneinen der Abfrage im Schritt 82 führt dagegen
zu einem Deaktivieren des ersten, äußeren Regelkreises durch ein Verzweigen
in den Schritt 70, in dem der zweite Sollwert für die Regelung
innerhalb des zweiten, inneren Regelkreises gebildet wird. Ein Einwirken
der ersten Stellgröße erfolgt
bei dieser Ausgestaltung nur dann, wenn der erste Istwert oberhalb
eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Bei einem Deaktivieren
des ersten Regelkreises findet insbesondere keine nachmotorische
Erzeugung von Wärme
im Schritt 80 statt.
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Durch
Einfügen
der Abfrage 84 hinter die Bildung der ersten Stellgröße im Schritt 68 kann
von einem Eingriff der ersten Stellgröße auf eine nachmotorische
Wärmeerzeugung
im Schritt 80 auf einen Eingriff auf den zweiten Sollwert
umgeschaltet werden. Dazu wird im Schritt 84 geprüft, ob die
erste Stellgröße einen
vorbestimmten Schwellenwert S_S überschreitet.
Eine Überschreitung
korreliert mit einem hohen, schnell bereitzustellenden Wärmestrom, der
durch eine nachmotorische Wärmeerzeugung
im Schritt 80 gedeckt werden kann. Bei einer Unterschreitung
wird dagegen in den Schritt 70 verzweigt, in dem der zweite
Sollwert gebildet wird.
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Ähnlich kann
in einer weiteren Ausgestaltung durch den Schritt 86 zwischen
einer Androsselung durch einen Eingriff auf die Stellung der Drosselklappe 38 und
einer Auslösung
einer frühen
Nacheinspritzung oder einer verspäteten Haupteinspritzung über wenigstens
eines der Einspritzventile 28, 30, 32, 34 als
Maßnahme
zur innermotorischen Erzeugung von Wärme umgeschaltet werden. Die
Auswahl kann durch Vergleich der im Schritt 76 gebildeten
zweiten Stellgröße mit einem
Schwellenwert S_S1 getroffen werden. Bei kleinen Stellgrößen werden
eher Eingriffe auf die Drosselklappenstellung im Schritt 78 bevorzugt
und bei größeren Stellgrößen werden
Eingriffe auf die Kraftstoffzumessung in dem Schritt 88 bevorzugt.
Ganz allgemein wird im Schritt 86 überprüft, ob Bedingungen erfüllt sind,
die eine Einstellung des geforderten Wärmestroms über die bevorzugte Androsselung
erlauben.
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Schritt 90 dient
im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung zur Auslösung einer Diagnose. Wenn im
Schritt 90, der nur in Verbindung mit einer nachmotorischen
Wärmeerzeugung
im Schritt 80 erreicht wird, Bedingungen detektiert werden,
die eine Diagnose erlauben, erfolgt ein Verzweigen in eine Diagnoseschrittfolge 92, 94, 96/98.
Bedingungen, die eine Diagnose erlauben, liegen zum Beispiel dann
vor, wenn die nachmotorische Wärmeerzeugung
bereits eine Zeit lang aktiv ist, die zur Einstellung eines Temperaturgefälles über dem
Katalysator 44 ausreicht. Beim Vorliegen dieser Bedingungen
wird im Schritt 92 eine Differenz der Istwerte der Temperaturen
vor und hinter dem Katalysator 44 gebildet.
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Dabei
kann die Temperatur vor dem Katalysator 44 anstelle einer
Erfassung durch den zweiten Temperatursensor 50 auch im
Steuergerät 24 aus Betriebsparametern
des Verbrennungsmotors 10 mit einem Temperaturmodell berechnet
werden.
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Im
Schritt 94 wird geprüft,
ob die Differenz eine Schwellenwert T_D überschreitet, der zum Beispiel
als Funktion der nachmotorisch erzeugten Wärme bestimmt werden kann. Bei
einer Überschreitung gilt
der Katalysator als funktionsfähig,
was im Schritt 96 gespeichert wird. Bei einer Unterschreitung
gilt der Katalysator 44 dagegen als nicht funktionsfähig und
es erfolgt eine Fehlermeldung im Schritt 98, die zum Beispiel
einen Eintrag in einen Fehlerspeicher des Steuergerätes 24 bewirkt.