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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Öffnungszustandes einer Abgasklappe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Steuergerät zum Steuern des Öffnungszustandes einer Abgasklappe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, ein Computerprogrammprodukt und ein Computerlesbares Medium. Eine solche Abgasklappe ist in der Abgasanlage eines einen aufweisenden Verbrennungsmotors angeordnet. Ein solcher Verbrennungsmotor kann auch eine externe Abgasrückführung aufweisen.
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In Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren angeordnete Abgasklappen sind bekannt und dienen im Nutzfahrzeugbereich zum Beispiel als Stellglieder einer Motorbremse. Bekannt ist auch, den Verbrennungsmotor in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, wobei ein erster Betriebsmodus dazu dient, die Abgasanlage nach einem Kaltstart aufzuwärmen, ein zweiter Betriebsmodus dazu dient, die Temperatur der Abgasanlage auf einer für die Effizienz einer SCR (selective catalytic reduction) Abgasreinigung erforderlichen Temperatur zu halten und auf eine für eine kontinuierliche Regeneration eines Partikelfilters erforderliche Temperatur aufzuheizen, und ein dritter Betriebsmodus dazu dient, die Abgasanlage auf eine für eine aktive, Sauerstoff-basierte Partikelfilterregeneration aufzuheizen. Es ist bekannt, in diesen Betriebsmodi unterschiedliche Öffnungszustände der Abgasklappe anzufordern und einzustellen. Als per se bekannt vorausgesetzt wird auch, dass die Anforderung einer Motorbremswirkung Anforderungen der anderen Betriebsmodi an die Einstellung eines Öffnungszustandes der Abgasklappe überschreibt, also außer Kraft setzt und durch eine auf die Aktivierung der Motorbremswirkung gerichtete Anforderung ersetzt. Die Unterscheidung der Betriebsmodi und die Koordination von deren Anforderungen an die Abgasklappenöffnung sowie das Überschreiben erfolgt bei dem per se bekannten Verfahren durch ein für die Abgasklappe zuständiges Koordinationsmodul der Steuerungssoftware.
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Offenbarung der Erfindung
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Von dem Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in ihren Verfahrensaspekten durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und in ihren Vorrichtungsaspekten durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 10. Weitere unabhängige Ansprüche richten sich auf ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt und auf ein erfindungsgemäßes computerlesbares Medium.
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Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass der Öffnungszustand der Abgasklappe in einer ersten Alternative in Abhängigkeit von der Last, der Drehzahl, einer Betriebsart des Verbrennungsmotors und in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen des Verbrennungsmotors wie dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur gesteuert wird, wobei der Öffnungszustand der Abgasklappe in die gleiche Richtung verstellt wird wie der Öffnungszustand des Abgasrückführventils, oder dass der Öffnungszustand der Abgasklappe in einer zweiten Alternative in Abhängigkeit von einem unmittelbar stromaufwärts der Abgasklappe gewünschten Solldruck verstellt wird, oder dass der Öffnungszustand der Abgasklappe in einer dritten Alternative in Abhängigkeit von einer gemessenen oder modellierten Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente der Abgasanlage erfolgt. Die Last des Verbrennungsmotors ist zum Beispiel proportional zu der pro Arbeitszyklus eingespritzten Kraftstoffmenge.
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Die Erfindung erlaubt eine sehr flexible Steuerung des Öffnungszustandes der Abgasklappe für verschiedene Zwecke und in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Verbrennungsmotors.
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Die erfindungsgemäße Steuerung kann zum Beispiel dazu dienen, die Abgasanlage nach einem Kaltstart aufzuwärmen, oder die Temperatur der Abgasanlage auf einer für die Effizienz einer SCR (selective catalytic reduction) Abgasreinigung erforderlichen Temperatur zu halten und auf eine für eine kontinuierliche Regeneration eines Partikelfilters erforderliche Temperatur aufzuheizen, oder die Abgasanlage auf eine für eine aktive, Sauerstoff-basierte Partikelfilterregeneration erforderliche Temperatur aufzuheizen, oder eine Motorbremswirkung zu steuern oder eine interne und/oder externe Abgasrückführung zu unterstützen. Eine interne Abgasrückführung kann während der sogenannten Ventilüberschneidung beim Übergang vom Auslasstakt zum Einlasstakt auftreten, indem Abgas aus der Abgasanlage über das noch geöffnete Auslassventil in den Zylinder zurückströmt. Die Unterstützung ergibt sich durch die drosselnde Wirkung der Abgasklappe. Ein Schließen der Abgasklappe lässt den stromaufwärts der Abgasklappe herrschenden Abgasdruck ansteigen, was die rückgeführte Abgasmenge ansteigen lässt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Sollwert für den Druck unmittelbar stromaufwärts der Abgasklappe vorgegeben wird, ein stromabwärts der Abgasklappe herrschender Druck bestimmt wird, aus diesen Werten ein Öffnungszustand der Abgasklappe berechnet wird, bei der sich diese Werte einstellen und dass dieser Öffnungszustand der Abgasklappe eingestellt wird.
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Bevorzugt ist auch, dass ein zweiter Sollwert für einen stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers herrschenden Druck p3 vorgegeben wird, ein zu diesem zweiten Sollwert zugehöriger Druck p4 berechnet wird, der stromabwärts der Turbine und damit stromaufwärts der Abgasklappe herrscht, dass dieser Druck p4 als Sollwert für den Druck stromaufwärts der Abgasklappe herrschenden Druck verwendet wird, ein stromabwärts der Abgasklappe herrschender Druck p5 bestimmt wird, aus diesen Werten ein Öffnungszustand der Abgasklappe berechnet wird, bei der sich diese Werte einstellen, als Öffnungszustandssollwert berechnet wird und dass der Öffnungszustand der Abgasklappe auf diesen Öffnungszustandssollwert eingestellt wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerung des Öffnungszustandes der Abgasklappe zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einer in der Abgasanlage herrschenden Temperatur erfolgt.
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Bevorzugt ist auch, dass eine Steuerung des Öffnungszustandes eines Abgasrückführventils in Abhängigkeit von dem aktuellen Öffnungszustand der Abgasklappe oder einem Wert einer von dem Öffnungszustand der Abgasklappe abhängigen und sich in der Abgasanlage einstellenden Größe wie einem Abgasdruck erfolgt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Öffnungszustand der Abgasklappe bei einer ansteigenden Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor vorübergehend weiter geöffnet wird als bei einer gleich bleibenden Drehmomentanforderung.
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Bevorzugt ist auch, dass die Steuerung des Öffnungszustandes der Abgasklappe in Abhängigkeit von einem erwarteten Fahrprofil (Berge, Abfahrten) erfolgt. Darüber hinaus ist bevorzugt, dass ein Temperatursensor oder ein im Steuergerät ausgeführtes Rechenmodell einen Temperatur-Istwert liefert, das Steuergerät einen Temperatur-Sollwert vorgibt, und dass abhängig von der Abweichung des Temperatur-Istwerts von dem Temperatur-Sollwert einer der Motorbetriebsmodi optimale Effizienz, Warmlauf, Warmhalten oder Aufheizen ausgewählt wird und dass der Öffnungszustand der Abgasklappe in Abhängigkeit von dem ausgewählten Motorbetriebsmodus gesteuert wird.
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Bevorzugt ist auch, dass ein Temperatursensor oder ein im Steuergerät ausgeführtes Rechenmodell einen Temperatur-Istwert liefert, das Steuergerät einen Temperatur-Sollwert vorgibt, und dass der Öffnungszustand der Abgasklappe direkt abhängig von der Abweichung des Temperatur-Istwerts von dem Temperatur-Sollwert gesteuert wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, 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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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 das technische Umfeld der Erfindung;
- 2 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 eine Funktionsblockdarstellung einer als per se bekannt vorausgesetzten Softwarestruktur;
- 4 eine darauf basierende Schrittfolge, die in einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;
- 5 eine Funktionsblockdarstellung einer weiteren als per se bekannt vorausgesetzten Softwarestruktur;
- 6 eine darauf basierende Schrittfolge, die in einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;
- 7 eine Ausgestaltung, bei der die Abgasklappe auf der Basis einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente eingestellt wird;
- 8 ein Funktionsblockdiagramm für eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 9 ein Funktionsblockdiagramm für den Betriebszustand des Motorbremsens.
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Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Luftzufuhranlage 12, einer Abgasanlage 14 und einer die Abgasanlage 14 mit der Luftzufuhranlage 12 verbindenden Abgasrückführung 16. Diese externe Abgasrückführung stellt eine Option dar und muss daher nicht zwingend vorhanden sein. Es sind also auch Ausgestaltungen ohne externe Abgasrückführung möglich, die im Übrigen der Darstellung der 1 entsprechen. Die Luftzufuhranlage 12 weist einen Luftfilter 18, einen stromabwärts des Luftfilters 18 angeordneten Verdichter 20 eines Abgasturboladers 22 und einen stromabwärts des Verdichters 20 angeordneten Ladeluftkühler 24 auf. Die Abgasanlage 14 weist eine Turbine 26 des Abgasturboladers 22, eine stromabwärts der Turbine 26 angeordnete Abgasklappe 28 mit einem Abgasklappensteller 28.1, eine Abgasnachbehandlungskomponente 30 und einen Schalldämpfer 32 auf. Der Abgasturbolader 22 weist ein Wastegate-Ventil 34 auf, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Ein Waste-Gate-Ventil ist zum Beispiel dann nicht erforderlich, wenn der Abgasturbolader eine verstellbare Turbinengeometrie aufweist. Die Abgasnachbehandlungskomponente 32 ist zum Beispiel ein Oxidationskatalysator, ein Dieselpartikelfilter, ein SCR-Katalysator oder eine Kombination solcher Einzelkomponenten. Der Abgasklappensteller 28.1 weist zum Beispiel einen Schrittmotor auf, mit dem der Öffnungszustand der Abgasklappe in einer Vielzahl von Schritten quasi-kontinuierlich verstellbar ist.
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Die Abgasklappe 28 ist direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung weiterer Bestandteile der Abgasanlage, stromabwärts der Turbine 26 des Abgasturboladers 22 angeordnet. Wenn in dieser Anmeldung eine Anordnung als stromaufwärts eines bestimmten Elements oder als stromabwärts eines bestimmten Elements bezeichnet wird ist damit in der Regel eine solche direkt benachbarte Anordnung gemeint, wenn nicht explizit etwas anderes beschrieben wird. In alternativen Ausgestaltungen, die nur kleine Anpassungen in der Funktionsstruktur erfordern, ist die Abgasklappe 28 weiter stromabwärts, zum Beispiel stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente 32 oder aber stromaufwärts der Turbine 26 angeordnet.
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Die Abgasrückführung 16 weist, in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, ein Abgasrückführventil 36, einen Abgaskühler 38 und ein Flatterventil 40 auf, das einen Gasstrom nur von der Abgasanlage 14 zur Luftzufuhranlage 12 erlaubt und einen Gasstrom von der Luftzufuhranlage 12 zur Abgasanlage 14 sperrt. Das Flatterventil stellt eine Option dar und muss daher nicht zwingend vorhanden sein. Es sind also auch Ausgestaltungen ohne Flatterventil möglich, die im Übrigen der Darstellung der 1 entsprechen. Der Verbrennungsmotor 10 weist Brennräume 42 auf, in denen über die Luftzufuhranlage 12 zugeführte Luft mit eingespritztem Kraftstoff verbrannt wird. Die Zufuhr von Kraftstoff erfolgt über eine Kraftstoffzufuhranlage 44, die von einem Steuergerät 45 gesteuert wird. Die Kraftstoffzufuhranlage 44 weist zum Beispiel Brennraum-individuelle Einspritzventile 46 auf, über die der Kraftstoff zugemessen wird.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Mehrzahl von Sensoren auf, die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und/oder der Luftzufuhranlage und/oder der Abgasanlage erfassen. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit enthält die Mehrzahl der Sensoren einen Umgebungslufttemperatursensor 48, einen Umgebungsdrucksensor 50, einen Ladedrucksensor 52 und einen Abgastemperatursensor 54. Diese Sensoren erfassen bei der Erfindung oder Ausgestaltungen der Erfindung zu verarbeitende Betriebsparameter. Moderne Verbrennungsmotoren weisen in der Regel weitere Sensoren wie Drehzahlsensoren, Luftmassenmesser und die Konzentration von Abgasbestandteilen erfassende Sensoren auf. Die bei der Erfindung oder Ausgestaltungen der Erfindung zu verarbeitenden Betriebsparameter können zum Teil oder insgesamt vom Steuergerät 45 auch aus den Signalen anderer Sensoren berechnet werden. Ein Fahrerwunschgeber 56 erfasst eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs. Die genannten Sensoren sind mit dem Steuergerät 45 verbunden und übergeben ihre Messsignale an das Steuergerät 45. Das Steuergerät 45 bildet aus diesen Betriebsparametern und dem Fahrerwunsch Stellgrößen, mit denen es Stellglieder des Verbrennungsmotors 10 ansteuert. Zu diesen Stellgliedern gehören neben dem Kraftstoffzufuhrsystem 44 insbesondere die Abgasklappe 28, bzw. deren Steller 28.1 und das Abgasrückführventil 36. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Steuergerät 45 zusätzlich mit einem Navigationsgerät 58 des Kraftfahrzeugs verbunden, so dass das Steuergerät 45 auf eine geplante Fahrstrecke bezogene Streckendaten bei der Bildung der Stellgrößen berücksichtigen kann. Dabei erfolgt die Steuerung des Öffnungszustandes der Abgasklappe in Abhängigkeit von einem erwarteten Fahrprofil (Berge, Abfahrten). Bei Abfahrten erfolgt die Ansteuerung zum Beispiel vorausschauend so, dass die Abgasanlage zu Beginn der Abfahrt so warm ist, dass eine bei der Abfahrt erwartbare Abkühlung unter eine für die Abgasreinigung kritische Temperaturschwelle nicht oder erst möglichst spät auftritt.
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2 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 60, dessen Ablauf vom Steuergerät 45 gesteuert wird. Im Schritt 62 wird ein Hauptprogramm zur Steuerung sämtlicher Stellglieder des Verbrennungsmotors mit Ausnahme der Abgasklappe 28 abgearbeitet. Aus diesem Hauptprogramm 62 heraus wird in vorbestimmten Abständen ein Schritt 64 erreicht, in dem das Steuergerät 45 Umgebungsbedingungen wie den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur bestimmt. In einem Schritt 66 wird die aktuelle Betriebsart des Verbrennungsmotors 10 erfasst. Bei den verschiedenen Betriebsarten handelt es sich zum Beispiel um einen Normalbetrieb, bei dem zum Beispiel keine Maßnahmen zum Beeinflussen einer Abgastemperatur ergriffen werden, oder es handelt sich um einen Betrieb, in dem ein Dieselpartikelfilter bei gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten Abgastemperaturen regeneriert wird, in dem der dort eingelagerte Ruß gezündet und verbrannt wird. Eine weitere Betriebsart ist das Warmhalten der Abgasanlage 14, was bei einem Betrieb mit niedriger Last und Drehzahl dazu beitragen kann, die für eine ordnungsgemäße Funktion der Abgasreinigung in der Abgasnachbehandlungskomponente 30 der Abgasanlage 14 erforderliche Mindesttemperatur einzuhalten.
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In einem Schritt 68 erfolgt eine Bildung der Ansteuersignale für die Abgasklappe 28, bzw. des Abgasklappenstellers 28.1, mit denen ein Öffnungszustand der Abgasklappe verändert wird, und eine Ausgabe der Ansteuersignale an den Abgasklappensteller 28.1.
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In einer ersten Alternative wird der Öffnungszustand der Abgasklappe 28 in Abhängigkeit von einer Betriebsart des Verbrennungsmotors und in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen wie dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur und parallel zu einem Steuern eines Öffnungszustandes des in der externen Abgasrückführung 16 angeordneten Abgasrückführventils 36 gesteuert wird, wobei der Öffnungszustand der Abgasklappe 28 in die gleiche Richtung verstellt wird wie der Öffnungszustand des Abgasrückführventils 36.
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Ein Nachteil der internen Abgasrückführung gegenüber der externen Abgasrückführung besteht in der wegen der höheren Temperatur des intern zurückgeführten Abgases in einer verringerten Füllung der Zylinder mit Frischluft, was das durch die Verbrennungen maximal erzeugbare Drehmoment verringert. Daher wird die interne Abgasrückführung bei der Erfindung bevorzugt auf Betriebsbereiche mit niedriger und mittlerer Last beschränkt. Im Bereich hoher Last wird die externe Abgasrückführung bevorzugt. Diese Unterscheidung ist mit der hier vorgeschlagenen Steuerungslogik problemlos möglich. Da die interne Abgasrückführung für eine Verringerung der NOx-Emissionen hilfreich ist und die Abgastemperatur erhöht, ist sie im Bereich niedriger und mittlerer Lasten bevorzugt.
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Nach der im Schritt 68 erfolgenden Bildung und Ausgabe der Ansteuersignale für den Abgasklappensteller 28.1 kehrt das Verfahren in das im Schritt 62 durchgeführte Hauptprogramm zurück. Die Schleife aus den Schritten 62 bis 66 wird in schneller Folge wiederholt durchlaufen, so dass der Öffnungszustand der Abgasklappe schnell an sich verändernde Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 10 angepasst werden kann.
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Bei der Ausgestaltung, bei der die Abgasklappe 28 und das Abgasrückführventil 36 parallel und mit gleichen Verstellrichtungen angesteuert werden, wird die Ansteuerung des Abgasrückführventils 36 in einer bevorzugten Ausgestaltung im Vergleich zu einer ohne Ansteuerung der Abgasklappe 28 erfolgenden Ansteuerung des Abgasrückführventils 36 verändert. Die Festlegung der Abgasrückführungs-Regelungsparameter erfolgt dann spezifisch für den jeweiligen Verbrennungsmotortyp.
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In einer zweiten Alternative wird der Öffnungszustand der Abgasklappe 28 in Abhängigkeit von einem unmittelbar stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschenden Druck p4 verstellt. Die Verstellung erfolgt dabei bevorzugt so, dass sich dieser Druck p4 einem vorgegebenen Sollwert annähert. Der unmittelbar stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschende Druck p4 wird dabei bevorzugt nicht etwa gemessen, sondern mit im Steuergerät 45 durchgeführten Berechnungen bestimmt. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
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3 zeigt zunächst eine Funktionsblockdarstellung einer als per se bekannt vorausgesetzten Softwarestruktur. Darin repräsentiert der Block 70 ein als per se bekannt vorausgesetztes Rechenmodell, mit dem sich aus bekannten Werten für den stromabwärts der Abgasklappe 28 herrschenden Druck p5 und bekannten Werten des Öffnungszustandes der Abgasklappe 28 (Block 74) Werte für den sich dann stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschenden Druck p4 (Block 76) berechnen lassen. Der Block 72 repräsentiert die Ermittlung des Drucks p5, der zum Beispiel mit dem Drucksensor 54 erfasst wird. Der Block 74 repräsentiert die Ermittlung des Öffnungszustandes der Abgasklappe 28, der sich zum Beispiel aus deren Ansteuersignal ergibt. Der Block 76 repräsentiert die Ausgabe oder Speicherung des resultierenden Wertes des stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschenden Drucks p4.
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4 zeigt, wie die diese als bekannt vorausgesetzte Softwarestruktur in umgekehrter Richtung verwendet wird. Bei der hier verwendeten Berechnungsrichtung repräsentiert der Block 76 einen vom Steuergerät vorgegebenen Sollwert für den stromaufwärts der Abgasklappe herrschenden Druck p4. Aus diesem Sollwert und dem bekannten Wert für den stromabwärts der Abgasklappe herrschenden und im Block 72 ermittelten Druck p5 wird mit dem Rechenmodell 70 der zugehörige Wert des Öffnungszustandes der Abgasklappe 28 bestimmt, und dieser Wert wird dann mit dem Schritt 74 durch entsprechendes Ansteuern des Stellers 28.1 der Abgasklappe 28 eingestellt. Der Wert für den stromabwärts der Abgasklappe herrschenden Druck p5 wird vom Steuergerät 45 im Schritt/Block 72 entweder aus dem Signal des Drucksensors 54 oder aus Signalen anderer Sensoren, zum Beispiel aus dem Signal eines den Druckabfall über einem Partikelfilter der Abgasanlage 14 erfassenden Sensors und Signalen eines Umgebungsdrucksensors, bestimmt. Dies gilt für alle Ausgestaltungen, bei denen der Druck p5 verwendet wird. Die Schritte 72 bis 76 der 4 bilden zusammengenommen einen Schritt 68, in dem Ansteuersignale für den Abgasklappensteller 28.1 gebildet und ausgegeben werden. Die Schleife aus dem Hauptprogramm 62 und dem Schritt 68 der 4 wird in schneller Folge wiederholt durchlaufen, so dass der Öffnungszustand der Abgasklappe 28 schnell an sich verändernde Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 10 angepasst werden kann.
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In einer diese Ausgestaltung abwandelnden weiteren Ausgestaltung wird ein Öffnungszustand der Abgasklappe berechnet und eingestellt, bei der sich der unmittelbar stromaufwärts der Turbine 26 herrschende Druck p3 einem vorgegebenen Sollwert annähert oder diesen annimmt.
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Dazu wird zusätzlich ein weiteres per se bekanntes Rechenmodell benutzt, das in der 5 dargestellt ist. Ein Schritt 80 dient zur Erfassung von stromabwärts einer Turbine 26 des Abgasturboladers 22 herrschenden Drücken p4. Im Schritt 82, der das weitere bekanntes Rechenmodell repräsentiert, werden daraus zugehörige Werte von stromaufwärts der Turbine 26 herrschenden Drücken p3 berechnet und im Schritt 84 als Ergebnisse bereitgestellt.
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6 zeigt eine darauf basierende Schrittfolge 86, die in einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Darin wird zunächst in dem Schritt 84, der aus dem Hauptprogramm 62 heraus erreicht wird, ein Sollwert für den Druck p3 vorgegeben, der sich in der Abgasanlage 14 stromaufwärts der Turbine 26 einstellen soll. Daraus wird mit dem sich anschließenden Schritt 82, der das weitere bekannte Rechenmodell repräsentiert, ein stromabwärts der Turbine 26 herrschender Druck p4 berechnet und im Schritt 80 zur weiteren Verwendung bereitgestellt.
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Dazu wird das im vorhergehenden Absatz genannte Rechenmodell 82 in umgekehrter Richtung verwendet. Der damit berechnete, stromabwärts der Turbine 26 herrschende Druck p4 ist bei der Abgasanlage 14 identisch mit dem stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschenden Druck p4. In einer bevorzugten Ausgestaltung schließen sich an den Schritt 84 die Schritte 76 bis 74 aus der 3b an.
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Mit anderen Worten: In einem Schritt 82 wird ein stromabwärts der Turbine 26 herrschender Druck p4 berechnet, der sich dann ergibt, wenn der unmittelbar stromaufwärts der Turbine 26 herrschende Druck p3 seinem Sollwert entspricht. Der stromabwärts der Turbine 26 herrschende Druck p4 ist mit dem stromaufwärts der Abgasklappe 28 herrschendem Druck p4 identisch. Dieser Wert wird als Sollwert behandelt. Der stromabwärts der Abgasklappe 28 herrschende Druck p5 kann als bekannt vorausgesetzt werden. Er wird zum Beispiel aus dem Signal eines einen Druckabfall über einen Partikelfilter erfassenden Differenzdrucksensors und eines Umgebungsdrucksensors ermittelt oder mit dem Drucksensor 54 erfasst. Dies gilt für alle Ausgestaltungen. Aus dem so bestimmten Druckabfall über der Abgasklappe 28 wird die Abgasklappenposition berechnet, bei der sich dieser Druckabfall einstellt.
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Anschließend wird diese Abgasklappenposition von Steuergerät 16 durch Ansteuern des Abgasklappenstellers 28.1 eingestellt. Wenn stromaufwärts von der Turbine oder der Abgasklappe ein den dort herrschenden Druck erfassender Drucksensor angeordnet ist, kann der damit gemessene Druck auch direkt als Eingangsgröße für eine Regelung des Druckes verwendet werden.
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Bei der dritten Alternative, bei der die Einstellung der Abgasklappenposition, beziehungsweise des Öffnungszustandes der Abgasklappe 28 in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente erfolgt, wird eine Abweichung der Ist-Temperatur von einem vorgegebenen Sollwert ermittelt. Die Temperatur wird mit einem Temperatursensor gemessen oder alternativ oder ergänzend aus Betriebsparametern des Verbrennungsmotors und der Abgasanlage berechnet. Bei der Abgasnachbehandlungskomponente handelt es sich zum Beispiel um einen Dieselpartikelfilter oder einen SCR-Katalysator.
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In Abhängigkeit von dieser Abweichung betreibt das Steuergerät den Verbrennungsmotor in verschiedenen Betriebsarten, zum Beispiel in einer Betriebsart, in der die Effizienz optimiert ist, einer Aufwärm-Betriebsart, einer Warmhalte-Betriebsart oder einer Aufheizungs-Betriebsart, ohne dass diese Liste abschließend gemeint ist.
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In einer Ausgestaltung wird die Abgasklappe direkt in Abhängigkeit von diesen Temperaturen eingestellt, wobei zusätzlich auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Einspritzmenge basierende Beschränkungen gelten können. Um die Abgastemperatur zu erhöhen, wird die Abgasklappe schließend angesteuert. Um die Abgastemperatur zu verringern, wird die Abgasklappe 28 öffnend angesteuert.
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7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Abgasklappe auf der Basis einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente eingestellt wird. Der Schritt 62 entspricht wieder dem beschriebenen Hauptprogramm. Im Schritt 88 wird die Temperatur mit einem in der Abgasanlage angeordneten Temperatursensor erfasst oder mit einem Rechenmodell ermittelt. Anschließend erfolgt im Schritt 68 eine Ansteuersignalbildung, bei der die Temperatur berücksichtigt wird. Um die Temperatur steigen zu lassen, wird die Abgasklappe 28 schließend angesteuert. Um die Temperatur zu verringern, wird die Abgasklappe 28 öffnend angesteuert.
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Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abgasklappe bei einer ansteigenden Drehmomentanforderung vorübergehend weiter geöffnet wird, als bei einer gleichbleibenden Drehmomentanforderung und dass die Abgasklappe bei einer Anforderung einer Motorbremswirkung geschlossen wird.
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8 zeigt ein Funktionsblockdiagramm für ein Ausführungsbeispiel. Ein Block 90 repräsentiert einen Basiswert BW für den Öffnungszustand der Abgasklappe 28 oder einen Basiswert eines zugehörigen Ansteuersignals für einen stationären Betriebszustand. Ein stationärer Betriebszustand liegt zum Beispiel beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit in einer Ebene vor, oder allgemeiner, wenn sich Betriebsparameter des Verbrennungsmotors in vorgegebenen Zeitabschnitten nicht oder nur langsam ändern. Der Basiswert wird zum Beispiel auf eine der oben beschriebenen Arten und Weisen als Ausgangsgröße eines Schritts 68 gebildet.
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Der Basiswert wird in einer multiplikativen Verknüpfung 92 mit einem Faktor F multipliziert, der zwischen Null und 1 liegt. Der Faktor F ist zum Beispiel dann gleich Null, wenn der Fahrer plötzlich sehr viel mehr Drehmoment anfordert. Dies kann zum Beispiel durch Auswerten des Signals des Fahrerwunschgebers 56 festgestellt werden. In diesem Fall bildet das Steuergerät 45 zunächst einen Korrekturfaktorbasiswert KFBW, der zwischen Null und 1 liegt. Null entspricht einem stationären Zustand, und der Wert 1 entspricht einer maximal schnellen und großen Vergrößerung einer Drehmomentanforderung. Dieser Wert wird in dem Block 94 gebildet. In einem nachfolgenden Block 97 kann dieser Wert noch abhängig von Betriebsbedingungen gewichtet werden, was aber nicht zwingend erfolgen muss. In einer additiven Verknüpfung 96 wird der optional gewichtete Wert vom Wert 1 subtrahiert. Das Ergebnis bildet den Faktor F, mit dem der Basiswert multipliziert wird. Bei einer großen und schnellen Vergrößerung einer Drehmomentanforderung ist der Faktor F gleich Null, was dazu führt, dass die Abgasklappe 28 maximal weit geöffnet wird (Ansteuersignal gleich Null: Die Abgaskappe ist vollständig geöffnet, Ansteuersignal gleich 1: Die Abgasklappe ist maximal geschlossen). Dadurch wird der Druckabfall über der Turbine 26 vergrößert, was ein schnelles Hochlaufen der Turbinendrehzahl begünstigt. Unter stationären Bedingungen ist KFBW = 0, was dazu führt, dass die Abgasklappe 28 allein vom Ausgang des Blocks 90 eingestellt wird.
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9 zeigt ein Funktionsblockdiagramm für den Betriebszustand des Motorbremsens. In diesem Fall wird die Abgasklappe 28 schließend angesteuert, um die Motorbremswirkung zu erhöhen. In einem Block 100 wird ein Motorbremsbasiswert MBBW für den Öffnungszustand der Abgasklappe 28, beziehungsweise ein Basiswert eines schließenden (aber nicht vollständig schließenden) Ansteuersignals gebildet. Dieser Basiswert wird in Abhängigkeit von der Drehzahl n des Verbrennungsmotors gebildet. Ein Grund für die Berücksichtigung der Drehzahl besteht darin, eine Abhängigkeit der Bremswirkung von der Motordrehzahl zu verringern. Dazu wird die Abgasklappe bei niedrigen Drehzahlen weitgehender geschlossen als bei höheren Drehzahlen. Dass das Schließen bei höheren Drehzahlen nicht so weitgehend erfolgt wie bei niedrigeren Drehzahlen, dient dazu, den sich stromaufwärts der Abgasklappe einstellenden Abgasdruck aus Motorschutzgründen nicht zu stark ansteigen zu lassen.
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Optional wird der drehzahlabhängig gebildete Basiswert MBBW noch mit einem von der Umgebungstemperatur TU und/oder von dem Umgebungsdruck pU abhängigen Korrekturwert KW modifiziert, der aus einem mit diesen Größen zu adressierendem Kennfeld 102 ausgelesen und in einer Verknüpfung 104 additiv mit dem Basiswert verknüpft wird. Der Korrekturwert ist dabei so ausgestaltet, dass die Motorbremswirkung möglichst wenig von wechselnden Umgebungsbedingungen abhängig ist.
