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Stand der Technik
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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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In der Offenlegungsschrift
DE 100 33 159 A1 ist ein Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgaskanal ein Partikelfilter angeordnet ist. Die zum Starten und zur Durchführung der Regeneration des Partikelfilters erforderliche erhöhte Abgastemperatur stromaufwärts vor Partikelfilter wird durch eine Kraftstoff-Nacheinspritzung und durch eine Oxidationsreaktion in einem stromaufwärts vor dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysator eingestellt. Vorgesehen ist ein Temperatursensor, der die durch die Oxidationsreaktion erzielte Abgastemperatur erfasst und in Abhängigkeit von der gemessenen Abgastemperatur die Kraftstoff-Nacheinspritzung beeinflusst.
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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 vorgeschalteten 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 zweiten Sollwertes für den zweiten, 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 ersten, 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.