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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Brennkraftmaschine eine Abgasreinigungseinrichtung zugeordnet ist, die über wenigstens einen Katalysator verfügt, der mittels einer elektrischen Heizvorrichtung mit einer auf Grundlage einer Vorgabetemperatur bestimmten Sollheizleistung beheizt wird, wobei bei dem Bestimmen der Sollheizleistung zusätzlich wenigstens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unmittelbar berücksichtigt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
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Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen dem Betreiben der Brennkraftmaschine, welche beispielsweise dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine alternativ auch in einer anderen Umgebung Verwendung finden. Der Brennkraftmaschine ist die Abgasreinigungseinrichtung zugeordnet, welche dem Reinigen des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases dient. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden dabei durch die Abgasreinigungseinrichtung hindurchgeleitet, wobei sie den wenigstens einen Katalysator durchlaufen. Die inzwischen sehr strengen Abgasnormen erfordern ein möglichst frühes Schadstoffkonvertierungsvermögen des Katalysators, insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Unter einem Kaltstart ist dabei eine Betriebsaufnahme der Brennkraftmaschine zu verstehen, bei welcher sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Abgasreinigungseinrichtung im Wesentlichen bei Umgebungstemperatur vorliegen.
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Das Schadstoffkonvertierungsvermögen des Katalysators hängt jedoch unmittelbar von seiner Temperatur ab. So ist es bei Umgebungstemperatur gering und weist bei der Betriebstemperatur üblicherweise ein Maximum auf. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass der Katalysator rasch auf seine Betriebstemperatur oder zumindest eine Mindesttemperatur, bei welcher bereits ein zufriedenstellendes Schadstoffkonvertierungsvermögen vorliegt, gebracht wird. Der Katalysator wird jedoch erst nach Betriebsaufnahme durch das ihn durchströmende Abgas erwärmt, sodass er erst nach einiger Zeit seine Betriebstemperatur erreicht. Weil der Katalysator strömungstechnisch üblicherweise nicht unmittelbar der Brennkraftmaschine nachgeschaltet ist, kühlt sich das Abgas ab, bevor es ihn erreicht, sodass die durch das Abgas erzielte Heizleistung begrenzt ist. Dies gilt insbesondere, wenn strömungstechnisch zwischen der Brennkraftmaschine und dem Katalysator zumindest eine Turbine eines Turboladers vorliegt, die dem Abgas zum Antreiben eines Verdichters zusätzlich Energie entzieht, womit dessen Temperatur weiter abfällt.
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Aus diesem Grund ist die elektrische Heizvorrichtung vorgesehen. Mittels dieser wird die Abgasreinigungseinrichtung beziehungsweise der Katalysator beheizt, wobei die Heizvorrichtung mit elektrischem Strom entsprechend der Sollheizleistung beaufschlagt wird. Die Heizvorrichtung kann dabei prinzipiell beliebig zu der Abgasreinigungseinrichtung beziehungsweise dem Katalysator angeordnet sein, solange eine Wärmeübertragungsverbindung von der Heizvorrichtung zu dem Katalysator vorliegt. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung dabei in dem Katalysator angeordnet oder befindet sich jedoch bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts des Katalysators. Bei letzterer Ausführungsform wird die Heizvorrichtung von Abgas durchströmt beziehungsweise überströmt, welches nachfolgend in den Katalysator eintritt. Entsprechend wird der Katalysator von dem in der Heizvorrichtung erwärmten Abgas beheizt. Die Ermittlung der Sollheizleistung erfolgt dabei üblicherweise in Abhängigkeit von der Vorgabetemperatur, welche beispielsweise mittels wenigstens eines Temperatursensors bestimmt wird, beziehungsweise mithilfe von zeitabhängigen Heizkennlinien. In ersterem Fall wird beispielsweise die momentane Temperatur des Abgases an einer bestimmten Position, insbesondere stromaufwärts des Katalysators, als Vorgabetemperatur herangezogen. Die Vorgabetemperatur ist in mithin eine Isttemperatur des Abgases. In letzterem Fall wird die Sollheizleistung lediglich in Abhängigkeit von der seit dem letzten Start der Brennkraftmaschine vergangenen Zeit festgelegt. Beide Vorgehensweisen sind jedoch von Nachteil, weil zum einen ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs stark beansprucht wird und es zudem durch Überhitzung des Katalysators zu dessen Beschädigung kommen kann.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2005 013 707 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Kraftfahrzeug mit luftverdichtender Brennkraftmaschine und einem Abgassystem, umfassend einen Oxidationskatalysator, einen stromab des Oxidationskatalysators angeordneten Partikelfilter und einen stromab des Oxidationskatalysators angeordneten Stickoxid-Umsetzungskatalysator, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
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Die Druckschrift
DE 100 16 219 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Heizmaßnahme in einer Abgasreinigungsanlage von Brennkraftmaschinen, bei denen ein Abgasmassenstrom durch die Abgasreinigungsanlage gemessen oder modelliert wird, eine Ist-Temperatur in ausgewählten Bereichen der Abgasreinigungsanlage gemessen oder modelliert und mit einer Soll-Temperatur verglichen wird (Temperaturdifferenz), in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz und dem Abgasmassenstrom ein Soll-Energieeintrag in die Abgasreinigungsanlage ermittelt wird, die Heizmaßnahme charaterisierende Parameter derart festgelegt und vorgegeben werden, dass die Heizmaßnahme zumindest näherungsweise den Soll-Energieeintrag liefert und der Soll-Energieeintrag in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung geregelt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere ein effizientes Beheizen des Katalysators mittels der Heizvorrichtung ermöglicht und die Belastung des Bordnetzes verringert und/oder Beschädigungen des Katalysators durch Überhitzen verhindert.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine Partikelfilterbeladung eines Partikelfilters der Abgasreinigungseinrichtung verwendet wird, wobei die Sollheizleistung reduziert wird, wenn die Partikelfilterbeladung eine bestimmte Beladung überschreitet.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass bei dem Bestimmen der Sollheizleistung zusätzlich wenigstens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unmittelbar berücksichtigt wird. Das bedeutet, dass die Sollheizleistung als Ausgangsgröße einer Funktion vorliegt, welche als Eingangsgrößen die Vorgabetemperatur und die wenigstens eine Betriebsgröße aufweist. Die Betriebsgröße soll dabei unmittelbar in die Sollheizleistung einfließen, nicht lediglich mittelbar über die Vorgabetemperatur. Die Funktion zur Bestimmung der Sollheizleistung weist also wenigstens zwei Eingangsgrößen auf, von welchen eine die Vorgabetemperatur und die wenigstens eine weitere die Betriebsgröße ist. Es ist beispielsweise nicht vorgesehen, dass die Betriebsgröße bereits für die Bestimmung der Vorgabetemperatur herangezogen wird und anschließend lediglich die Vorgabetemperatur zum Bestimmen der Sollheizleistung Verwendung findet. Die Betriebsgröße ist eine Grö-ße, welche Einfluss auf den Betrieb der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Bordnetzes nimmt. Sie ist insoweit keine konstante Eigenschaft, sondern vielmehr eine über die Zeit veränderliche Größe, welche für zwei verschiedene Betriebszuständen der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Bordnetzes verschieden sein kann. Die Vorgabetemperatur ist beispielsweise eine Isttemperatur, insbesondere eine Abgastemperatur oder eine Schmiermitteltemperatur, also die momentan vorliegende Temperatur des Abgases beziehungsweise eines Schmiermittels der Brennkraftmaschine. Anstelle der Isttemperatur kann jedoch auch eine Solltemperatur als Vorgabetemperatur verwendet werden, also eine gewünschte Temperatur. Auch ein Bestimmen der Sollheizleistung auf Grundlage sowohl der Isttemperatur als auch der Solltemperatur ist möglich.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zum Bestimmen der Sollheizleistung zunächst eine Vorgabeheizleistung aus der Vorgabetemperatur mittels eines Reglers bestimmt wird, der wenigstens ein integrales oder differenziales Reglerglied aufweist. Der Regler weist dabei die Vorgabetemperatur und die gewünschte Temperatur des Katalysators, also beispielsweise die Betriebstemperatur oder die Mindesttemperatur, beziehungsweise die Vorgabetemperatur sowie deren Differenz zu der zu erreichenden Temperatur auf. Die Ausgangsgröße des Reglers ist die Vorgabeheizleistung. Der Regler ist bevorzugt ein stetig linearer Regler und weist beispielsweise ein integrales Reglerglied, ein differenziales Reglerglied und/oder ein proportionales Reglerglied auf. Der Regler kann insoweit als I-Regler, Pl-Regler, PD-Regler oder als PID-Regler ausgeführt sein. Auf diese Weise wird die Sollheizleistung schrittweise auf diejenige Leistung geregelt, bei welcher die Vorgabetemperatur der gewünschten Temperatur entspricht. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Regler die Heizleistung kontinuierlich und/oder stufenlos bestimmt, also nicht lediglich in Intervallen und ebenso wenig unter diskreter, also schrittweiser, Änderung der Sollheizleistung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorgabetemperatur mittels eines Temperatursensors gemessen und/oder mittels eines Temperaturmodells berechnet wird. Die Vorgabetemperatur kann also unmittelbar (mithilfe des Temperatursensors) oder mittelbar (mithilfe des Temperaturmodells) bestimmt werden. Der Temperatursensor ist dabei bevorzugt an dem Katalysator befestigt und/oder ragt, bevorzugt im Bereich des Katalysators, in das Abgas hinein. Die mithilfe des Temperatursensors gemessene Temperatur kann in einer ersten Ausführungsform unmittelbar als Eingangsgröße für das Bestimmen der Sollheizleistung herangezogen werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die Temperatur mithilfe des Temperaturmodells bestimmt wird, in welches beispielsweise als Eingangsgrößen die Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder eine Umgebungstemperatur eingehen. Schließlich ist es auch möglich, dass zunächst eine Temperatur mithilfe des Temperatursensors gemessen wird, welche anschließend als Eingangsgröße für das Temperaturmodell verwendet wird. Aus dem Temperaturmodell ergibt sich anschließend, insbesondere unter Berücksichtigung der Betriebsgröße als weiterer Eingangsgröße, die Vorgabetemperatur. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Temperatursensor nicht unmittelbar von dem Abgas angeströmt wird, also nicht in das Abgas hineinragt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sollheizleistung oder eine Zwischengröße aus der Vorgabeheizleistung bestimmt wird, wobei die Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder des Bordnetzes berücksichtigt wird. Die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße entspricht dabei üblicherweise der Vorgabeheizleistung abzüglich eines Werts, welcher als Funktion der Betriebsgröße vorliegt. Der abzuziehende Wert entspricht beispielsweise einem bestimmten Wert bei Eintritt einer bestimmten Bedingung für die Betriebsgröße. Ebenfalls kann es vorgesehen sein, dass die Betriebsgröße oder mehrere Betriebsgrößen als Eingangsgröße(n) eine mathematischen Beziehung dienen, aus welcher schlussendlich die Sollheizleistung oder die Zwischengröße als Ausgangsgröße resultiert. Alternativ zu der mathematischen Beziehung kann auch eine Look Up-Tabelle verwendet werden, aus welcher aufgrund der Betriebsgröße(n) der abzuziehende Wert oder aufgrund der Vorgabeheizleistung und der Betriebsgröße(n) die Sollheizleistung oder die Zwischengröße bestimmt wird. Die Sollheizleistung kann nun unmittelbar oder mittelbar aus der Vorgabeheizleistung bestimmt werden, wobei letzteres über die Zwischengröße vorgesehen ist. In diesem Fall wird also zunächst die Zwischengröße aus der Vorgabeheizleistung unter Berücksichtigung der Betriebsgröße bestimmt und anschließend aus der Zwischengröße die Sollheizleistung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sollheizleistung über ein Verzögerungsglied aus der Zwischengröße bestimmt wird. Das Verzögerungsglied bewirkt insbesondere eine Begrenzung des Gradienten der Sollheizleistung. Entsprechend erfolgt eine Veränderung der Sollheizleistung stets stetig und nähert sich der Zwischengröße über die Zeit asymptotisch an. In einer speziellen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass eine derartige Begrenzung des Gradienten lediglich vorgesehen ist, wenn die Zwischengröße die Sollheizleistung übersteigt, also ein Ansteigen der Sollheizleistung erfolgen soll. Entsprechend wird der Gradient nicht begrenzt, wenn die Zwischengröße kleiner ist als die Sollheizleistung. In diesem Fall kann vielmehr die Sollheizleistung ohne Verzögerung gleich der Zwischengröße gesetzt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Betriebsgröße der Brennkraftmaschine zusätzlich die Drehzahl, eine Einspritzmenge, eine Gemischzusammensetzung, ein Abgasmassenstrom, eine Kühlmitteltemperatur, eine Schmiermitteltemperatur, eine Umgebungstemperatur, ein Umgebungsdruck, ein Glühkerzenbetriebszustand, ein Kühlerlüfterbetriebszustand, eine Nebenaggregatsleistung, ein Fehlerzustand, ein Batterieladezustand einer Batterie der Brennkraftmaschine, ein Partikelfilterbetriebszustand, ein Wirkungsgrad des Katalysators und/oder eine an der Heizvorrichtung anliegende Heizspannung verwendet werden/wird. Beispielsweise kann bei der Bestimmung der Sollheizleistung aus der Vorgabeleistung jeweils ein bestimmter Wert abgezogen werden, wenn die Drehzahl, die Einspritzmenge, der Abgasmassenstrom, die Kühlmitteltemperatur, die Schmiermitteltemperatur, die Umgebungstemperatur oder der Umgebungsdruck größer als ein jeweiliger bestimmter Grenzwert sind. Ebenso kann ein bestimmter Wert abgezogen werden, wenn die Gemischzusammensetzung anzeigt, dass das der Brennkraftmaschine zugeführte oder in dieser vorliegende Kraftstoff-Luft-Gemisch einen bestimmten Kraftstoffanteil überschreitet. Treffen die genannten Bedingungen zu, wird üblicherweise ohnehin ein rasches Aufheizen des Katalysators erzielt.
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Auch soll die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße um einen bestimmten Wert herabgesetzt werden, wenn der Glühkerzenbetriebszustand einen Betrieb der Glühkerzen, der Kühlerlüfterbetriebszustand einen Betrieb des Kühlerlüfters oder der Partikelfilterbetriebszustand ein Regenerieren eines Partikelfilters anzeigen. Entsprechendes gilt, wenn die Nebenaggregatsleistung von wenigstens einem Nebenaggregat der Brennkraftmaschine eine bestimmte Leistung überschreitet oder der Fehlerzustand auf einen Fehler der Brennkraftmaschine oder der Abgasreinigungseinrichtung hindeutet. Auch wenn der Batterieladezustand der Batterie, insbesondere einer Starterbatterie, unter einem bestimmten Wert liegt, soll eine Reduktion der Sollheizleistung beziehungsweise der Zwischengröße durchgeführt werden. Dies gilt auch, wenn die Partikelfilterbeladung eines Partikelfilters der Abgasreinigungseinrichtung eine bestimmte Beladung, insbesondere mit Rußpartikeln, überschreitet, weil in diesem Fall aufgrund eines zu starken Beheizens mithilfe der Heizvorrichtung ein unkontrolliertes Abbrennen von in dem Partikelfilter vorliegenden Rußpartikeln auftreten kann.
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Auch der Wirkungsgrad des Katalysators kann als Betriebsgröße Berücksichtigung finden. Mit zunehmendem Alter des Katalysators sinkt der Wirkungsgrad stetig ab. Das bedeutet, dass nach dem Start der Brennkraftmaschine der Katalysator auf eine höhere Betriebstemperatur beziehungsweise Mindesttemperatur gebracht werden muss, um ein zufriedenstellendes Schadstoffkonvertierungsvermögen zu erzielen. Der niedrigere Wirkungsgrad wird demnach durch stärkeres Aufheizen des Katalysators kompensiert. Entsprechend soll die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße umso weniger verringert werden, je niedriger der Wirkungsgrad des Katalysators ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Heizspannung herangezogen werden, welche an der Heizvorrichtung anliegt. Sinkt diese ab, so ist dies ein Anzeichen dafür, dass das Bordnetz instabil ist.
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Entsprechend soll die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße umso stärker reduziert werden, je niedriger die Heizspannung ist. Selbstverständlich kann auch nur dann eine Reduzierung der Sollheizleistung ausgehend von der Zwischengröße vorgenommen werden, wenn mehrere der genannten Bedingungen gleichzeitig eintreten.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Betriebsgröße des Bordnetzes eine Bordnetzspannung, eine Bordnetzgesamtleistung und/oder eine Leistungsabsenkungsanforderungsgröße verwendet wird/werden. Je niedriger die Bordnetzspannung ist, umso stärker soll die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße reduziert werden. Entsprechendes gilt, je größer die Bordnetzgesamtleistung ist, also die Leistung, welche von allen elektrischen Verbrauchern des Bordnetzes gemeinsam angefordert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Steuergerät des Bordnetzes ein Leistungsabsenkungsanforderungssignal absetzt. In diesem Fall soll die Bordnetzgesamtleistung verringert werden. Das Ausmaß der Leistungsabsenkung wird durch die Leistungsabsenkungsanforderungsgröße wiedergegeben, welche beispielsweise ebenfalls von dem Steuergerät bereitgestellt wird. Je größer die Leistungsabsenkungsanforderungsgröße ist, umso stärker soll die Sollheizleistung beziehungsweise die Zwischengröße reduziert werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sollheizleistung von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine bestimmt und, insbesondere über ein Bussystem, einer Endstufe der Heizvorrichtung bereitgestellt wird, wobei die Endstufe einerseits an die Batterie der Brennkraftmaschine und andererseits an die Heizvorrichtung angeschlossen ist. Mithilfe der Endstufe wird die Heizvorrichtung betrieben. Dabei stellt die Endstufe der Heizvorrichtung die von dieser benötigte elektrische Energie mit der Sollheizleistung zur Verfügung. Die Endstufe ist also sowohl an die Batterie als auch an die Heizvorrichtung und zusätzlich an das Motorsteuergerät angeschlossen. Das Motorsteuergerät bestimmt die Sollheizleistung gemäß den vorstehenden Ausführungen und übermittelt diese an die Endstufe. Diese stellt nun ihrerseits die der Heizvorrichtung bereitgestellte Leistung entsprechend der Sollheizleistung ein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Heizvorrichtung eine in einem den Katalysator durchströmenden Abgasstrom angeordnete Heizscheibe oder ein mit dem Abgasstrom nur mittelbar in Wärmeübertragungsverbindung stehendes Heizelement verwendet wird. Der Katalysator besteht beispielsweise aus einem Katalysatormantel sowie der Heizscheibe, welche über Trägerelemente in dem Katalysatorgehäuse gelagert ist. Die Stützelemente sind dabei vorzugsweise elektrisch isolierend. In dem Katalysatorgehäuse ist zusätzlich das Katalysatormaterial vorgesehen, insbesondere stromabwärts der Heizscheibe. Alternativ oder zusätzlich zu der Heizscheibe kann das Heizelement vorliegen. Dieses steht nicht unmittelbar mit dem Abgasstrom in Wärmeübertragungsverbindung, sondern lediglich mittelbar, insbesondere über wenigstens ein den Abgasstrom führendes Element. Dieses wenigstens eine Element kann beispielsweise ein mit dem Katalysator in Strömungsverbindung stehendes Abgasrohr, durch welches der Abgasstrom zu dem Katalysator geleitet wird, und/oder den Katalysator umfassen. Das Heizelement beheizt mithin das Element, welches wiederum die Wärme des Heizelements an den Abgasstrom abgibt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, mit einer Abgasreinigungseinrichtung, die über wenigstens einen Katalysator und eine Heizvorrichtung verfügt, wobei die Heizvorrichtung dazu vorgesehen ist, den Katalysator mit einer auf Grundlage einer Vorgabetemperatur bestimmten Sollheizleistung zu beheizen. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, bei dem Bestimmen der Sollheizleistung zusätzlich wenigstens eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unmittelbar zu berücksichtigen. Zudem ist vorgesehen, dass als Betriebsgröße eine Partikelfilterbeladung eines Partikelfilters der Abgasreinigungseinrichtung verwendet wird, wobei die Sollheizleistung reduziert wird, wenn die Partikelfilterbeladung eine bestimmte Beladung überschreitet. Das verwendete Verfahren kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auf die Vorteile, die sich durch das zusätzliche Berücksichtigen der Betriebsgröße ergeben, wurde bereits eingegangen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine sowie einer Abgasreinigungseinrichtung.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 sowie einer dieser zugeordneten Abgasreinigungseinrichtung 2. Die Brennkraftmaschine 1 ist beispielsweise aufgeladen, verfügt also über einen Turbolader 3 mit einer Turbine 4 und einem von dieser angetriebenen Verdichter 5. Die Brennkraftmaschine 1 liegt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als V6-Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken 6 und 7 vor, die jeweils über drei Zylinder verfügen. Die Anordnung ist jedoch selbstverständlich auf jede Art von Brennkraftmaschine übertragbar und auch für nichtaufgeladene Brennkraftmaschinen anwendbar.
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Der Brennkraftmaschine 1 wird Umgebungsluft zugeführt, welche über einen Lufteinlass 8 angesaugt und in dem Verdichter 5 verdichtet wird. Nach einer Verbrennung in den Zylindern der Zylinderbänke 6 und 7 gelangt das bei dieser entstehende Abgas durch Abgaskrümmer 9 und 10 zu einem Hosenrohr 11, in welchem das Abgas der beiden Abgaskrümmer 9 und 10 zusammengeführt und nachfolgend der Turbine 4 des Turboladers 3 zugeführt wird. Stromabwärts des Turboladers 3 gelangt das Abgas in die Abgasreinigungseinrichtung 2. Diese weist beispielsweise einen Oxidationskatalysator 12 sowie zwei weitere Katalysatoren 13 und 14 auf, von welchen wenigstens einer als Russpartikelfilter vorliegt. Beispielsweise ist der stromabwärts gelegene Katalysator 14 als Russpartikelfilter ausgebildet. Die Katalysatoren 13 und 14 können in einem gemeinsamen Katalysatorgehäuse („Canning“) angeordnet sein. Das Abgas durchströmt die Abgasreinigungseinrichtung 2 von dem Oxidationskatalysator 12 über den Katalysator 13 zu dem Russpartikelfilter 14. Stromabwärts des Russpartikelfilters 14 gelangt das Abgas über einen Auslass 15 in eine Umgebung der Brennkraftmaschine 1.
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Der Oxidationskatalysator 12 ist mittels einer Heizvorrichtung 16, welche beispielsweise als Heizscheibe vorliegt, beheizbar. Die Heizvorrichtung 16 wird über eine Endstufe 17 mit elektrischer Energie entsprechend einer Sollheizleistung versorgt. Daher ist die Endstufe 17 sowohl mit der Heizvorrichtung 16 als auch mit einer Energiequelle 18, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, verbunden. Zusätzlich ist die Endstufe 17 mit einem Steuergerät 19 der Brennkraftmaschine 1 verbunden, beispielsweise über einen Bus 20, insbesondere einen CAN-Bus. Das Steuergerät 19 ist zudem über einen weiteren Bus 21 mit einem Steuergerät 22 eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs verbunden. Der Bus 21 kann dabei ebenfalls in Form des CAN-Busses vorliegen.
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Um die Sollheizleistung zu bestimmen, welche von dem Steuergerät 19 an die Endstufe 17 übermittelt wird, wertet das Steuergerät 19 zunächst eine Vorgabetemperatur aus, welche entweder mittels eines Temperatursensors gemessen oder mithilfe eines Temperaturmodells berechnet wird. Zusätzlich fließt eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1 oder des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs in die Bestimmung der Sollheizleistung unmittelbar ein. Das bedeutet, dass die Betriebsgröße nicht lediglich zum Bestimmen der Vorgabetemperatur verwendet wird und nachfolgend aus der Vorgabetemperatur die Sollheizleistung errechnet wird. Vielmehr soll die Sollheizleistung aus einer Funktion resultieren, welche sowohl die Vorgabetemperatur als auch die Betriebsgröße als Eingangsgrößen hat. Beispielsweise wird aus der Vorgabetemperatur zunächst eine Vorgabeheizleistung bestimmt, insbesondere mithilfe eines Reglers, der wenigstens ein integrales oder differenziales Reglerglied aufweist. Auf diese Weise wird ein stetiges Verhalten der resultierenden Vorgabeheizleistung erzielt. Insbesondere bestimmt der Regler die Vorgabeheizleistung kontinuierlich und stufenlos.
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Aus der Vorgabeheizleistung wird nun entweder unmittelbar die Sollheizleistung bestimmt oder zunächst eine Zwischengröße. Bei dieser Bestimmung wird die Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 1 oder des Bordnetzes berücksichtigt. Liegt nun die Sollheizleistung vor, so wird diese an der Endstufe 17 eingestellt. Wurde zunächst die Zwischengröße bestimmt, so wird die Sollheizleistung über ein Verzögerungsglied aus dieser berechnet und anschließend ebenfalls an der Endstufe 17 eingestellt. Mithilfe des Verzögerungsglieds wird erreicht, dass trotz der Berücksichtigung der Betriebsgröße ein stetiges Verhalten der Sollheizleistung erzielt wird. Auf diese Weise kann es nicht zu einem plötzlichen Spannungsabfall des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs durch einen sprunghaften Anstieg der Sollheizleistung kommen.
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Durch die Berücksichtigung der Betriebsgröße wird entsprechend ein verbesserter Komfort für Insassen des Kraftfahrzeugs erzielt, weil das Beheizen des Oxidationskatalysators 12 mittels der Heizvorrichtung 16 nicht zu einer Überlastung des Bordnetzes führen kann. Zusätzlich werden Beschädigungen des Oxidationskatalysators 12 und/oder des stromabwärts gelegenen Russpartikelfilters 14 vermieden, weil beispielsweise durch das Berücksichtigen einer Partikelfilterbeladung des Partikelfilters 14 ein ungewolltes Abbrennen von in dem Partikelfilter 14 vorliegenden Rußpartikeln verhindert wird. Insgesamt wird mit möglichst geringem Energieaufwand ein äußerst effizientes Beheizen des Oxidationskatalysators 12 erreicht. Entsprechend wird das Bordnetz des Kraftfahrzeugs durch das Beheizen nur gering belastet und damit der Energieverbrauch gesenkt. Als Folge kann der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Abgasreinigungseinrichtung
- 3
- Turbolader
- 4
- Turbine
- 5
- Verdichter
- 6
- Zylinderbank
- 7
- Zylinderbank
- 8
- Lufteinlass
- 9
- Abgaskrümmer
- 10
- Abgaskrümmer
- 11
- Hosenrohr
- 12
- Oxidationskatalysator
- 13
- Katalysator
- 14
- Katalysator
- 15
- Auslass
- 16
- Heizvorrichtung
- 17
- Endstufe
- 18
- Energiequelle
- 19
- Steuergerät
- 20
- Bus
- 21
- Bus
- 22
- Steuergerät
