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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Steuergerätprogramm sowie ein Steuergerät-Programmprodukt.
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Stand der Technik
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 049 770 A1 ist eine Dosiervorrichtung beschrieben, die Kraftstoff als Reagenzmittel in den Abgaskanal eines Verbrennungsmotors dosiert. Der Kraftstoff wird innermotorisch bereitgestellt oder direkt dosiert. Vorgesehen ist eine Ermittlung der dosierten Reagenzmittelmenge anhand einer Erfassung einer Änderung des Abgaslambdas, die möglichst ausschließlich durch die Dosierung verursacht wird. Durch Vergleich der Istmenge mit der Dosier-Sollmenge wird bei festgestellten Abweichungen ein Korrekturfaktor für das Dosiersignal adaptiv festgelegt, um die gegebenenfalls vorhandenen Abweichungen zu beseitigen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 025 621 A1 ist ein weiteres Diagnoseverfahren für eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung beschrieben, die Kraftstoff als Reagenzmittel in den Abgaskanal eines Verbrennungsmotors dosiert. Die Dosiervorrichtung enthält ein kontinuierlich öffnendes Dosierventil sowie ein federverspanntes Reagenzmittel-Einspritzventil. Der zwischen den Ventilen auftretende Reagenzmitteldruck wird insbesondere nach dem Schließen des Dosierventils erfasst und auf das Auftreten eines Druckanstiegs bewertet, der bei ordnungsgemäßer Funktion erwartet wird. Das Diagnoseverfahren ermöglicht neben dem Erkennen eines aufgetretenen Lecks insbesondere das Erkennen eines Klemmens des Reagenzmittel-Einspritzventils im zumindest teilweise geöffneten Zustand.
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In der Offenlegungsschrift
EP 1 384 868 A2 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters beschrieben, bei dem eine Übertemperatur aufgrund eines hohen Sauerstoffgehalts im Abgas während des Regenerationsvorgangs vermieden werden soll. Vorgesehen ist die Begrenzung des Sauerstoffgehalts im Abgas durch eine Kraftstoff-Nacheinspritzung in den Verbrennungsmotor, wobei die Menge der Nacheinspritzung im Rahmen einer Lambdaregelung festgelegt wird.
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In der nicht vorveröffentlichten Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 508 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Reagenzmittel-Dosiereinrichtung beschrieben, die ein mit einem Dosiersignal angesteuertes Dosierventil und ein Einspritzventil enthält. Erfasst wird der Reagenzmitteldruck-Istwert im Reagenzmittelpfad zwischen dem Dosierventil und dem Einspritzventil, wobei ein Dosierraten-Sollwert vorgegeben wird. Der erfasste Druck kann zu Diagnosezwecken bewertet werden.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 044 080 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dosierventils beschrieben, das als Magnetventil realisiert ist, welches von einem Elektromagneten betätigt wird. Bei dem Verfahren geht es um eine Festlegung einer minimalen Öffnungsdauer des Dosierventils, bei welcher noch ein Bereitstellen eines korrekten Sprühnebels anstelle von Tröpfchenbildung sichergestellt ist. Die minimale Öffnungsdauer wird anhand der Induktivitätsänderung und der dadurch bedingten unstetigen Stromänderung bestimmt, die sich aufgrund der Anzugsbewegung der mit dem Anker des Elektromagneten festverbundenen Ventilnadel nach dem Einschalten des Elektromagneten durch eine Änderung der geometrischen Verhältnisse ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die Folgen einer Reagenzmittel-Überdosierung abfangen.
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Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Betreiben einer Dosiervorrichtung geht davon aus, dass oxidierbares Reagenzmittel in den Abgasbereich eines Verbrennungsmotors zum Betreiben einer Abgasreinigungsvorrichtung dosiert wird, wobei der Verbrennungsmotor im Normalbetrieb mit einer Luftzahl Lambda größer 1, also mit Luftüberschuss betrieben wird, wie es beispielsweise bei Dieselverbrennungsmotoren vorgesehen ist. Weiterhin geht die erfindungsgemäße Vorgehensweise davon aus, dass die Dosiervorrichtung, die bei bekannten Dosiervorrichtungen aus Sicherheitsgründen ein Sicherheitsventil zur zuverlässigen Abschaltung der Dosierung im Fehlerfall aufweist, nunmehr auf ein derartiges Sicherheitsventil verzichtet. Darüber hinaus ist eine Diagnose vorgesehen, die bei einer festgestellten zu hohen Dosierung ein Fehlersignal bereitstellt.
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Um die Folgen einer Reagenzmittel-Überdosierung abzufangen und um die Sicherheit zumindest der Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere hinsichtlich gegenüber einer Übertemperatur sicherzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dann, wenn das Fehlersignal eine zu hohe Dosierung signalisiert, der Verbrennungsmotor ohne Luftüberschuss weiterbetrieben wird. Der Verbrennungsmotor wird dadurch im Fehlerfall mit einem Gemisch betrieben, bei dem der nach der Verbrennung noch vorhandene Restsauerstoff im Abgas auf einen Wert absinkt, der zu keiner oder nur zu einer tolerierbaren Oxidation in geringem Umfang des oxidierbaren Reagenzmittels führen kann. Dadurch wird im Fehlerfall eine Übertemperatur insbesondere in der Abgasreinigungsvorrichtung vermieden.
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Als Fehlerfälle können beispielsweise ein im zumindest teilweise geöffneten Zustand klemmendes Ventil und/oder ein zu hoher Reagenzmitteldruck und/oder ein fehlerhaft festgelegtes Dosiersignal auftreten, wodurch eine übermäßige Dosierung des oxidierbaren Reagenzmittels auftreten kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass die Diagnose ein Klemmen eines die Dosierung bestimmenden Dosierventils im zumindest teilweise offenen Zustand detektiert. Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht vor, dass die Diagnose eine zu hohe Förderleistung einer Reagenzmittelpumpe detektiert. Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht vor, dass eine zu hohe Reagenzmittel-Förderung anhand einer Temperaturmessung im Abgasbereich detektiert wird. Eine weitere alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht vor, dass eine zu hohe Reagenzmittel-Förderung anhand einer Sauerstoffmessung und/oder NOx-Messung im Abgasbereich detektiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist das Betreiben des Verbrennungsmotors im Fehlerfall mit einer Luftzahl kleiner oder höchstens gleich 1 vorgesehen. Bei einem stöchiometrischen Betrieb oder einem Betrieb sogar mit Luftmangel verbleibt in jedem Fall nur ein geringer Restsauerstoff im Abgas.
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Eine andere Ausgestaltung betrifft Maßnahmen zum Absenken des Sauerstoffgehalts im Abgas dadurch, dass die dem Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte Luft beispielsweise durch zumindest teilweises Schließen der Drosselklappe und/oder durch Absenkung eines Ladedrucks eines Kompressors beziehungsweise Abgasturboladers gedrosselt wird. Weiterhin kann der zur Verfügung gestellte Kraftstoff erhöht werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft zunächst ein speziell hergerichtetes Steuergerät. Das Steuergerät enthält als Mittel zur Durchführung des Verfahrens insbesondere eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung-Ansteuersignal-Festlegung, eine Diagnose sowie einen Lambdaregler.
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Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm abgelegt sind.
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Das erfindungsgemäße Steuergerätprogramm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem Steuergerät abläuft.
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Das erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät abläuft.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Dosiervorrichtung abläuft.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Kraftstoff-Zumessung 12, in dessen Ansaugbereich 14 eine Lufterfassung 16 sowie eine Drosselklappe 18 und in dessen Abgasbereich 20 eine Lambdasonde 22, eine Reagenzmittel-Einbringungsvorrichtung 24 sowie eine Abgasreinigungsvorrichtung 26, 28 angeordnet sind.
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Dem Verbrennungsmotor 10 ist eine Ladeluft-Festlegung 30 zugeordnet, welche dem Verbrennungsmotor 10 Luft zuführt und welche gegebenenfalls mit dem Abgasstrom beaufschlagt ist.
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Die Reagenzmittel-Einbringungsvorrichtung 24 ist Teil einer Reagenzmittel-Dosiervorrichtung 32, die weiterhin ein Reagenzmittel-Dosierventil 34, einen Reagenzmittel-Drucksensor 36 sowie eine Reagenzmittelpumpe 38 enthält. Die strichliniert angedeutete Reagenzmittel-Dosiervorrichtung 32 schließt ein Steuergerät 40 ein, welches Funktionen enthält, die der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung 32 zugeordnet sein sollen.
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Die Lufterfassung 16 stellt dem Steuergerät 40 ein Luftsignal mL, der Verbrennungsmotor 10 eine Drehzahl n, die Lambdasonde 22 ein gemessenes Lambdasignal lam_Mes und der Reagenzmittel-Drucksensor 36 ein Reagenzmittel Drucksignal p_Rea zur Verfügung.
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Das Steuergerät 40 beaufschlagt die Drosselklappe 18 mit einem Drosselklappen-Ansteuersignal dr, die Kraftstoff-Zumessung 12 mit einem Kraftstoffsignal mK, die Ladeluft-Festlegung 30 mit einem Ladeluft-Festlegungssignal pLL, das Reagenzmittel-Dosierventil 34 mit einem Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal DV sowie die Reagenzmittelpumpe 38 mit einem Reagenzmittelpumpen-Ansteuersignal PU.
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Das Steuergerät 40 enthält einen Lambdaregler 50, dem die Drehzahl n, das Luftsignal mL, ein Drehmoment Md, das gemessene Lambdasignal lam_Mes, ein Lambda-Sollwert lam_Soll sowie ein Fehlersignal F zugeführt werden und die das Kraftstoffsignal mK, das Drosselklappen-Ansteuersignal dr sowie das Ladeluft-Festlegungssignal pLL bereitstellt.
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Das Steuergerät 40 enthält weiterhin eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung-Ansteuersignal-Festlegung 52 und eine Diagnose 54, der jeweils eine Dosieranforderung Reg, das Reagenzmittel-Drucksignal p_Rea, ein Reagenzmittel-Dosier-Sollwert Rea_Soll sowie das gemessene Lambdasignal lam_Mes zur Verfügung gestellt werden. Die Reagenzmittel-Dosiervorrichtung-Ansteuersignal-Festlegung 52 stellt das Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal DV sowie das Reagenzmittelpumpen-Ansteuersignal PU und die Diagnose 54 das Fehlersignal F bereit.
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Das Fehlersignal F wird zumindest einer Lambda-Sollwert-Auswahl 56 zur Verfügung gestellt, der ein Normalbetrieb-Lambda-Sollwert lam_Nenn sowie ein Fehlerfall-Lambda-Sollwert lam_Fehler zur Verfügung gestellt wird und die den Lambda-Sollwert lam_Soll bereitstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
Der Verbrennungsmotor 10 wird im Normalbetrieb mit Luftüberschuss, also mit einer Luftzahl Lambda größer oder sogar erheblich größer 1, beispielsweise mit 1,2 bis 2,0 betrieben. Der Verbrennungsmotor 10 ist beispielsweise als Diesel-Verbrennungsmotor realisiert. Aber auch ein Benzin-Verbrennungsmotor insbesondere mit Benzin-Direkteinspritzung kann mager, also mit Luftüberschuss betrieben werden.
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Die im Abgasbereich 20 angeordnete Abgas-Reinigungsvorrichtung 26, 28 enthält beispielsweise einen Katalysator 26 und/oder ein Partikelfilter 28. Die Abgasreinigungsvorrichtung 26, 28 benötigt zur Durchführung der Abgasreinigungsaufgabe und/oder zur Regeneration ein Reagenzmittel, das die Reagenzmittel-Dosiervorrichtung 32 in den Abgasbereich 20 mittels der Reagenzmittel-Einbringungsvorrichtung 24 dosiert. Bei dem Reagenzmittel soff es sich um ein oxidierbares Reagenzmittel handeln, das vorzugsweise Kraftstoff ist, welcher auch dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird. Das oxidierbare Reagenzmittel kann beispielsweise zum Beheizen der Abgas-Reinigungsvorrichtung 26, 28 vorgesehen sein, wobei das oxidierbare Reagenzmittel im Abgasbereich 20 oder vorzugsweise auf einer katalytisch wirksamen Fläche mit dem im Abgas aufgrund des mageren Betriebs des Verbrennungsmotors 10 reichlich vorhandenen Sauerstoffs exotherm reagiert. Das oxidierbare Reagenzmittel kann aber auch zur Regeneration beispielsweise eines NOx-Speicherkatalysators vorgesehen sein.
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Bei einem Fehler in der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung
32 kann mehr Reagenzmittel dosiert werden, als der Reagenzmittel-Dosier-Sollwert Rea_Soll vorgibt. Ein solcher Fehler tritt beispielsweise auf, wenn die Reagenzmittelpumpe
38 eine zu hohe Förderleistung aufweist. Dieser Fehler kann durch eine defekte Reagenzmittelpumpe
38 oder auch durch einen Fehler bei der Festlegung des Reagenzmittelpumpen-Ansteuersignals PU in der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung-Ansteuersignal-Festlegung
52 auftreten. Im eingangs genannten Stand der Technik, beispielsweise in der
DE 10 2007 025 621 A1 , ist das Erkennen eines zumindest teilweise offen klemmenden Ventils beschrieben. Beispielsweise kann die als federvorgespanntes Ventil realisierte Reagenzmittel-Einbringungsvorrichtung
24 oder das Dosierventil
34 zumindest teilweise offen klemmen. Weiterhin kann das Reagenzmittel-Dosierventil-Ansteuersignal DV fehlerhaft sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Anwendung bei Reagenzmittel-Dosiervorrichtungen, die ohne Dosierventil und/oder ohne separate Reagenzmittelpumpe auskommen. Solche Dosiervorrichtungen können beispielsweise Kraftstoff als Reagenzmittel direkt dem Niederdruck-Kraftstoffkreislauf des Verbrennungsmotors 10 entnehmen und mittels eines lediglich schaltbaren Dosierventils dosieren.
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Ein Fehlerzustand wird beispielsweise anhand einer Bewertung des Reagenzmittel-Drucksignals p_Rea bei vorzugsweise unterschiedlichen Betriebszuständen von Komponenten der Reagenzmittel-Dosiervorrichtung 32 detektiert. Die Fehlerermittlung 54 kann Fehler anhand von Plausibilisierungen der Eingangssignale wie der angegebenen Reagenzmittel-Dosieranforderung Reg, dem Reagenzmittel-Drucksignal p_Rea, dem Reagenzmittel-Dosier-Sollwert Rea_Soll und dem gemessenen Lambdasignal lam_Mes sowie weiteren nicht genannten Signalen ermitteln, denen gemeinsam ist, dass mehr Reagenzmittel dosiert wird als der vom Reagenzmittel-Dosier-Sollwert Rea_Soll vorgegebene Sollwert.
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Eine Diagnose kann weiterhin beispielsweise eine Bewertung einer Temperatur im Abgasbereich 20 vorsehen, die vorzugsweise ein Maß für die Temperatur einer zu schützenden Komponente, beispielsweise eines Partikelfilters widerspiegelt. Eine Überschreitung einer Temperaturschwelle kann auf eine Überdosierung des Reagenzmittels hindeuten. Zusätzlich oder alternativ kann ein am Partikelfilter auftretender Differenzdruck erfasst und bewertet werden, wobei eine beim Regenerationsvorgang gemessene zu schnelle Druckabnahme auf eine Überdosierung des Reagenzmittels hindeutet. Zusätzlich oder alternativ kann der Sauerstoffgehalt im Abgas stromaufwärts und/oder stromabwärts der Abgas-Reinigungsvorrichtung 26, 28 gemessen und mit bekannten Werten der Kraftstoffzumessung und der angesaugten Luft plausibilisiert werden. Ein abnehmender Sauerstoffgehalt kann auf eine Überdosierung des Reagenzmittels hindeuten. Bei einem als NOx-reduzierenden oder NOx-speichernden Katalysator 26 kann die NOx-Konzentration stromabwärts des Katalysators 26 gemessen und plausibilisiert werden, wobei eine geringere NOx-Konzentration als erwartet auf eine Überdosierung des Reagenzmittels hindeutet.
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Bei bekannten Dosiervorrichtungen ist normalerweise zusätzlich ein schaltbares Sicherheitsventil vorhanden, das im stromlosen Zustand geschlossen ist, mit dem in vielen Fehlersituationen noch eine Möglichkeit besteht, die Dosiervorrichtung abzuschalten. Ein solches Sicherheitsventil ist bei der hier zugrunde liegenden Dosiervorrichtung 32 nicht mehr vorgesehen. Im Fehlerfall bei einer zu hohen Dosierung muss hier daher verstärkt mit der Gefahr einer unerwünschten Oxidation des Reagenzmittels mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff gerechnet werden.
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Zur Vermeidung einer derartigen Oxidationsreaktion im Fehlerfall ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Verbrennungsmotor 10 bei einem aufgetretenen Fehlersignal F nicht mehr mit Sauerstoff-Überschuss zu betreiben, sondern ohne Luftüberschuss weiterzubetreiben. Der im Abgas verbleibende Restsauerstoff soll auf einen Wert abgesenkt werden, bei dem maximal eine noch tolerierbare Oxidation auftreten kann. Das kann bei einem Absenken des Lambda-Sollwerts lam_Soll auch auf einen Wert geringfügig größer Lambda gleich 1, beispielsweise auf 1,01 erreicht werden. Vorzugsweise wird der Lambda-Sollwert lam_Soll jedoch auf höchstens Lambda gleich 1 entsprechend einem Betreiben des Verbrennungsmotors 10 mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder auf einen Lambda-Sollwert kleiner 1, entsprechend Sauerstoffmangel festgelegt. Dann ist ein ausreichend geringer Sauerstoffanteil im Abgas in jedem Fall sichergestellt.
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Die Vorgabe des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 ohne Luftüberschuss wird beispielsweise durch Drosselung der Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor 10 eingestellt. Hierzu kann der Lambdaregler 50 das Drosselklappen-Ansteuersignal dr derart festlegen, dass die Drosselklappe 18 in Richtung geschlossen verstellt wird. Eine zusätzliche und/oder andere Drosselung der Luft bietet sich an, wenn dem Verbrennungsmotor 10 Ladeluft zugeführt wird, die von einem Kompressor und/oder von einem Abgasturbolader bereitgestellt wird. Die Ladeluft-Festlegung 30 ist im Fall eines Kompressors die Kompressor-Ansteuerung und Fall des Abgasturboladers die Turbolader-Ansteuerung. Der Drosseleingriff erfolgt vom Lambdaregler 50 in diesem Fall über die Ladeluft-Festlegung 30 mittels des Ladeluft-Festlegungssignals pLL. Eine zusätzliche und/oder andere Eingriffsmöglichkeit ist die Erhöhung des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kraftstoffs durch einen Eingriff des Lambdareglers 50 mittels des Kraftstoffsignals mK.
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Der oder die Eingriffe zum Weiterbetreiben des Verbrennungsmotors 10 ohne Luftüberschuss im Fehlerfall erfolgen vorzugsweise über einen Eingriff in das vom Lambdaregler 50 zu regelnde Verbrennungslambda, wobei der Eingriff beispielsweise durch eine Änderung des Lambda-Sollwerts lam_Soll vorgenommen wird.
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Vorzugsweise wird dem Lambdaregler 50 im Fehlerfall anstelle des Normalbetrieb-Lambda-Sollwerts lam_Nenn der Fehlerfall-Lambda-Sollwert lam_Fehler zur Verfügung gestellt, sodass das dem Verbrennungsmotor 10 zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch auf den Fehlerfall-Lambda-Sollwert lam_Fehler geregelt werden kann. Die Lambda-Sollwert-Auswahl 56 wählt bei einem vorhandenen Fehlersignal F als Lambda-Sollwert lam_Soll anstelle des üblichen Normalbetrieb-Lambda-Sollwerts lam_Nenn für den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 mit Luftüberschuss den Fehlerfall-Lambda-Sollwert lam_Fehler zur Absenkung des Sauergehalts im Abgas zum Betreiben des Verbrennungsmotors 10 ohne Luftüberschuss aus. Der Lambdaregler 50 ist bei einem Eingriff mittels des Lambda-Sollwerts lam_Soll nicht auf das Fehlersignal F angewiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005049770 A1 [0003]
- DE 102007025621 A1 [0004, 0033]
- EP 1384868 A2 [0005]
- DE 102008002508 A1 [0006]
- DE 102006044080 A1 [0007]
