DE102021102180B3 - Leistungsneutrale Abgastemperatursenkung mit einem Abgasturbinenbypass - Google Patents

Leistungsneutrale Abgastemperatursenkung mit einem Abgasturbinenbypass Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Turboaufladung und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte Ermitteln einer Katalysatortemperatur, Vergleichen der ermittelten Katalysatortemperatur mit einem oberen Temperaturgrenzwert, und, wenn bei dem Vergleich eine Grenzwertüberschreitung erkannt wird, Verringern eines Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinen-Bypass des Abgasturboladers geführt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuermittel und einen Fahrzeugantrieb.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasturboaufladung und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, sowie ein Steuermittel zur Durchführung des Verfahrens und einen Fahrzeugantrieb mit einem solchen Steuermittel.
  • Stetig steigende Anforderung im Hinblick auf die Abgasnachbehandlungssysteme und Emissionsvorschriften führen dazu, dass bekannte Maßnahmen zum Schutz der Abgasnachbehandlungssysteme durch Temperaturabsenkung bzw. -beharrung nicht ausreichend sind, wenn gleichzeitig keine Nachteile hinsichtlich einer Motorleistung und/oder einem Kraftstoffverbrauch im Hochlastbetrieb hingenommen werden sollen. Zudem steigen die Anforderungen an die Lebensdauer bzw. Haltbarkeit des Abgasnachbehandlungssystems und
  • Bekannte Maßnahmen zur Temperaturabsenkung der Abgasnachbehandlungssysteme sind beispielsweise eine Anfettung des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs bzw. das Miller-/Atkinson-Brennverfahren.
  • Das Prinzip der Anfettung wird - insbesondere durch gesetzliche oder andere normative Vorgaben - zukünftig immer weiter in den Hintergrund rücken, weil eine ausreichende Anfettung nicht mehr erlaubt sein wird.
  • Unter anspruchsvollen Randbedingungen des Fahrzeugbetriebs - insbesondere im Volllastbetrieb - kommt zudem das Miller-/Atkinson-Brennverfahren systemseitig an seine Grenzen und kann in solchen Fällen nicht mehr für eine Abgastemperaturabsenkung der Abgasnachbehandlungssysteme genutzt werden.
  • Daher müsste dann beispielsweise die Leistung der Verbrennungskraftmaschine reduziert/gedrosselt werden, um das Temperaturniveau im Abgasstrang zu halten bzw. im nötigen Umfang zu reduzieren. Solche Eingriffe sind aber unerwünscht, weil sie den Fahrzeugnutzer schwer zu vermitteln sind.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine und der Komponenten des Fahrzeugantriebs zu verbessern, insbesondere bei einer benötigten Beeinflussung einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu beeinflussen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Steuermittel mit den Merkmalen von Anspruch 8 und einen Fahrzeugantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine , insbesondere mit einer Abgas-Turboaufladung und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, offenbart. Das Steuerungsverfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf, die in der angegebenen oder einer anderen, fachmännisch an sich sinnvollen Reihenfolge durchlaufen werden können:
    • (1) Ermitteln, insbesondere messen, auslesen und/oder modellieren, einer, insbesondere hinsichtlich einer Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Funktionserfüllung kritischen, Katalysatortemperatur.
    • (2) Vergleichen der ermittelten Katalysatortemperatur mit einem oberen Temperaturgrenzwert, oberhalb dessen mit einem Ausfall der Abgasreinigung und/oder mit einer nicht tolerierten Verkürzung der Lebensdauer einer Komponente der Abgasreinigung zu rechnen ist.
  • Wenn bei dem Vergleich gemäß Schritt (2) eine Grenzwertüberschreitung erkannt wird, werden zusätzlich folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    • (III) Verringern eines Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinenbypass des Abgasturboladers geführt werden, insbesondere direkt oder direkter, d.h. mit geringerem Enthalpieverlust, auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung, als wenn der entsprechende Abgasanteil durch die Turbine geführt werden würde.
    • (IV) Verringern einer Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine wobei die verfahrensgemäßen Eingriffe (III, IV) in die Führung der Verbrennungsfluide beendet werden, wenn ein unterer Temperaturgrenzwert (TOK) der Katalysatortemperatur unterschritten wird, wobei die verfahrensgemäßen Eingriffe nicht angesteuert werden, wenn und/oder solange ein Betriebszustand vorliegt, der eine schnelle und/oder unmittelbare Response der Brennkraftmaschine erfordert.
  • Indem ein geringerer Anteil der heißen Abgase direkt auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung geführt wird, kann eine Senkung der Temperatur des, ggf. wiedervereinigten, Abgasstromes an der Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht werden, weil ein höherer Anteil über die Turbine geführt wird. Denn in der Turbine fällt der Enthalpieverlust der Abgase und die damit verbundene Temperatursenkung größer aus, als wenn das Abgas durch den Turbinenbypass geführt wird.
  • Jedoch steigt durch die verstärkte Beaufschlagung der Turbine, die insbesondere über die eigentlich für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nötige Beaufschlagung hinausgeht, der Ladedruck in den Zylindern; was zu einer unerwünschten Leistungssteigerung bei der Verbrennung führt.
  • Durch die Verringerung der Frischluftzufuhr, die gemäß einer Ausführung mittels eines geringeren Öffnungsgrads einer Drosselklappe erreicht werden kann, kann die unerwünschten Leistungssteigerung durch den erhöhten Ladedruck kompensiert bzw. vermieden werden, ohne dass ein Miller-/Atkinsonbetrieb mit verringertem Ventilhub erforderlich ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn aufgrund der emissionsregulatorisch nötigen Weiterentwicklung moderner Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge ein reduzierter Ventilhub oberhalb bestimmter Drehzahlgrenzen kinematisch, insbesondere an der Nockenwelle, nicht mehr darstellbar ist.
  • Die Verfahrensschritte (III) Verringern des Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinen-Bypass des Abgasturboladers geführt werden, und (IV) Verringern der Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine werden gemeinsam vorliegend insbesondere als „die Eingriffe in die Fluidstromleitung“ der Brennkraftmaschine bezeichnet. Der Begriff „die Eingriffe“ bezieht sich also insbesondere auf solche Eingriffe, die funktional zumindest primär der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Steuermittel offenbart, das insbesondere auf einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ausgebildet und dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer Ausführung der Erfindung durchzuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeugantrieb offenbart. Der Fahrzeugantrieb weist zumindest auf:
    1. (a) eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder einen Dieselmotor.
    2. (b) eine Sauganlage mit einer Luftregeleinrichtung zur geregelten Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft.
    3. (c) wenigstens einen oder zwei, insbesondere in Reihe geschaltene, Abgasturbolader zur Aufladung der Frischluft für die Brennkraftmaschine, aufweisend eine Abgasturbine mit einem Abgasturbinenbypass, der eine Bypassabgas-Regeleinrichtung aufweist,
    4. (d) eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Temperaturermittlungseinrichtung. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist zumindest einen Drei-Wege-Katalysator auf, wobei insbesondere dessen katalytische Beschichtung unmittelbar oder mittelbar über eine Lebensdauer-Verkürzung Schaden nimmt, wenn die in den Katalysator geführten Abgase so heiß sind und ggf. so lange eingeführt werden, dass ein oberer Temperaturgrenzwert der Abgasnachbehandlungseinrichtung überschritten wird.
    5. (e) ein Steuermittel gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass bei modernen Brennkraftmaschine für Personenkraftfahrzeuge in einem höheren Drehzahlbereich der Einlassventilhub nicht unterhalb eines Mindestniveaus liegen darf, da es ansonsten zu Bauteilschäden kommt. Da somit die Möglichkeiten eines Miller-/Atkinson-Betriebs in diesem Drehzahlbereich stark eingeschränkt sind, kann mit bekannten Methoden die Abgastemperatur vor und im Katalysator nur mittels Anfettung im unschädlichen Bereich gehalten werden. Diese wird aber zukünftig mehr uns mehr gesetzlich untersagt sein.
  • Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, (insbesondere in diesem kritischen Drehzahlbereich) mehr Abgasmasse über die Abgasturbine des Abgasturboladers fließen zu lassen, um dadurch eine größere Temperatursenke darzustellen. Der dabei generierte überschüssige Ladedruck wird über das Drosselorgan auf der luftführenden Seite wieder auf den für diesen Betriebspunkt notwendigen Wert herunter geregelt.
  • Insbesondere, wenn das Abgasnachbehandlungssystem an seine systemseitigen Grenzen stößt, wird also das Wastegate weiter geschlossen, insbesondere weiter als eigentlich für diesen Betriebszustand nötig. Der daraus resultierende steigende Ladedruck, welcher dem Gesamtsystem zu mehr Leistung verhelfen würde (aber normalerweise unerwünscht ist), wird durch die Drosselklappe (oder eine andere Luftregeleinrichtung (Drehschieber o.ä.)) auf der luftführende Seite abgebremst bzw. wieder auf das an sich für diesen Betriebszustand benötigte Niveau gedrosselt. Dadurch bleibt die Leistung konstant und die Abgasnachhandlungssysteme werden über den zusätzlichen Enthalpieabbau über die Turbine in ihrem Temperaturniveau entlastet. Darüber hinaus kann damit auch eine generelle Abkühlung des Abgasnachbehandlungssystems erzielt werden, welches somit eine längere Haltbarkeit aufgrund geringerem Temperatureintrag bekommt.
  • Gemäß einer Ausführung wird die Frischluftzufuhr in einem Maß verringert, das von einem Maß der Verringerung der Anteile des Abgases in dem Turbinenbypass abhängig ist. Dadurch kann das Kompensationsniveau auf den zusätzlich eingebrachten Ladedruck abgestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausführung zielen die, insbesondere verfahrensgemäßen, Eingriffe in die Führung der Verbrennungsfluide - Luft oder Gemisch vor der Verbrennung, Abgase nach der Verbrennung - (insbesondere Verfahrensschritt (III): Verringern eines Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinen-Bypass des Abgasturboladers geführt werden; Verfahrensschritt (IV): Verringern einer Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine) darauf ab, einen vorbestimmten Ladedruck möglichst genau zu erreichen, insbesondere einzustellen und/oder zu halten. Insbesondere entspricht der vorbestimmte Ladedruck demjenigen Ladedruck, der für den vorliegenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine ohne unter Vernachlässigung der Notwendigkeit einer Abkühlung der Abgase vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Ausführung werden die, insbesondere verfahrensgemäßen, Eingriffe in die Führung der Verbrennungsfluide beendet, wenn ein unterer Temperaturgrenzwert der Katalysatortemperatur unterschritten wird. Damit kann das Feld der Betriebszustände der Brennkraftmaschine, bei welchen die Erfindung zur Anwendung kommt, klar abgegrenzt werden.
  • Gemäß einer Ausführung werden die, insbesondere verfahrensgemäßen, Eingriffe umso stärker angesteuert (insbesondere wird also gemäß Verfahrensschritt III das Wastegate weiter geschlossen und gemäß Verfahrensschritt IV die Frischluftzufuhr zu den Brennräumen weiter gedrosselt), je stärker der obere Temperaturgrenzwert überschritten ist. Dies ermöglicht eine kontinuierliche und/oder stetige und/oder fein abgestimmte Durchführung des Verfahrens.
  • Gemäß einer Ausführung werden die, insbesondere verfahrensgemäßen, Eingriffe, insbesondere vorübergehend, schwächer oder nicht angesteuert, wenn und/oder solange ein Betriebszustand vorliegt, der eine schnelle und/oder unmittelbare Response der Brennkraftmaschine erfordert. Insbesondere kann das erreich werden, indem einmal vorgesteuert und anschließend nicht mehr nachgeregelt wird.
  • Gemäß einer Ausführung wird die Katalysatortemperatur wiederholt, in kurzen Zeitabständen (von insbesondere wenigen Millisekunden), ermittelt und daraus ein Temperaturgradient und/oder eine Temperaturprädiktion ermittelt. Eine Temperaturprädiktion kann beispielsweise auf einer Auswertung der ermittelten Temperaturwerte und des Temperaturgradienten beruhen, sodass bei einer schnelleren Steigerung der Temperatur stärker im Sinne der Erfindung gegengesteuert wird. Dadurch kann die Temperaturfestigkeit der kritischen Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung voll ausgenutzt werden, ohne Gefahr zu laufen, durch Regelungsverzögerungen einen Lebensdauer-kritischen Temperatureintrag zu verursachen.
  • Für die Durchführung der Erfindung ist es an sich irrelevant, wie die Katalysatortemperatur ermittelt wird. Insbesondere kann die Katalysatortemperatur gemessen und/oder anhand eines Betriebsmodells modelliert, und/oder mittels einer Lookup-Tabelle oder dergleichen ausgelesen werden, insbesondere unter Verwendung des Motorsteuergeräts.
  • Gemäß einer Ausführung werden die, insbesondere verfahrensgemäßen, Eingriffe bereits vor einem Erreichen des oberen Temperaturgrenzwerts angesteuert, wenn aufgrund eines ermittelten Temperaturgradients und/oder einer ermittelten Temperaturprädiktion eine Überschreitung zu erwarten und/oder nicht mehr zu vermeiden ist.
  • Dies unterstützt ein Einregeln der Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem verhältnismäßig engen Temperaturband und damit einen Komponenten-schonenden Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Gemäß einer Ausführung erfolgt das Verringern des Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinen-Bypass des Abgasturboladers geführt werden, insbesondere mittelbar oder unmittelbar, mittels eines Verringerns eines Öffnungsgrads einer Bypassabgas-Regeleinrichtung, wie beispielsweise eines Bypassventils und/oder eines Bypassschiebers und/oder einer Bypassklappe. Dadurch kann die Erfindung auch ohne hardwareseitige Anpassung an die Erfindung, beispielsweise mittels Standardkomponenten der Luft- und Abgasführung von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen umgesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführung erfolgt das Verringern der Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine, insbesondere mittelbar oder unmittelbar, mittels eines Verringerns eines Öffnungsgrads einer Luftregeleinrichtung, wie beispielsweise eines Drosselventils und/oder eines Drosselschiebers und/oder einer Drosselklappe, einer Sauganlage der Brennkraftmaschine. Dadurch kann die Erfindung hardwareseitig mittels auch in Systemen ohne die Erfindung verbauten Komponenten umgesetzt werden.
  • Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
    • 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb mit einem Steuermittel gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
    • 2 zeigt verschiedene Diagramme, jeweils mit einem Zeitverlauf unterschiedlicher Größen, zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach einer ersten beispielhaften Ausführung, durchgeführt an dem Fahrzeugantrieb aus 1.
    • 3 zeigt verschiedene Diagramme, jeweils mit einem Zeitverlauf unterschiedlicher Größen, zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach einer zweiten beispielhaften Ausführung, durchgeführt an dem Fahrzeugantrieb aus 1.
  • 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb 1, aufweisend eine Brennkraftmaschine 2. Die Brennkraftmaschine 2 ist im Ausführungsbeispiel als Vierzylinder-Dieselmotor ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 2 ist zur Versorgung mit Sauerstoff an eine Sauganlage 4 angeschlossen, und zur Reinigung der Abgase an eine Abgasanlage 6.
  • Die Sauganlage 4 weist eine Frischluftführung 8, einen Ladeluftkühler 10, eine als Drosselklappe ausgebildete Luftregeleinrichtung 12 und einen Luftsammler 14 auf.
  • Die Abgasanlage 6 weist entlang einer Abgasführung 16 einen Abgaskrümmer sowie eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 auf, die zumindest einen Dreiwegekatalysator aufweist, insbesondere aber weitere Nachbehandlungseinrichtungen wie beispielsweise wenigstens einen Partikelfilter und/oder wenigstens einen SCR-Katalysator aufweist.
  • Zur Steigerung der Leistung der Brennkraftmaschine 2 ist in der Frischluftführung 8 der Sauganlage 4 und in der Abgasführung 16 der Abgasanlage 6 ein zweistufiger Abgasturbolader 22 angeordnet, wobei die Verdichter des Abgasturboladers 22 in der Frischluftführung 8 und die Turbinen des Abgasturboladers 22 in der Abgasführung 16 angeordnet sind.
  • Der Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine 26 des Abgasturboladers 22 sind im Ausführungsbeispiel jeweils mittels eines schaltbaren Bypasses umgehbar ausgebildet, wobei der als Hochdruckturbinenbypass ausgebildete Abgasturbinenbypass mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist.
  • Der Abgasturbinenbypass 28 weist eine als Klappe oder Ventil ausgebildete Bypassabgas-Regeleinrichtung 18 auf, mittels der in mehreren Stufen oder stufenlos ein Anteil der Abgase, welcher durch den Turbinenbypass geführt wird, angepasst werden kann.
  • Die Sauganlage 4 und die Abgasanlage 6 sind mittels einer schaltbaren Hochdruck-AGR-Leitung 24 verbindbar, sodass heißes Abgas aus dem Abgaskrümmer 17 in den Luftsammler 14 geführt und dort mit der Frischluft vermischt werden kann. Im Ausführungsbeispiel können die Abgase in der AGR-Leitung 24 schaltbar durch einen AGR-Kühler und/oder daran vorbei geführt werden.
  • An einem Frischlufteingang 7 der Frischluftführung 8 ist ein Heißfilmluftmassenmesser HFM zur Messung eines Luftmassenstroms mHFM sowie ein Temperatursensor zur Messung einer Frischlufttemperatur T10 angeordnet. Zwischen den beiden Verdichtern 8 ist ein Drucksensor zur Messung eines Verdichterdrucks p12 in der Frischluftführung angeordnet. Zwischen dem Ladeluftkühler 10 und der Drosselklappe 12 ist ein Temperatursensor zur Messung einer Vordrosseltemperatur T21 in der Frischluftführung angeordnet. In dem Luftsammler 14 ist ein Drucksensor zur Messung eines Ladedrucks p22 angeordnet. In der AGR-Leitung 24 ist ein Temperatursensor zur Messung einer AGR-Gemischtemperatur T-nAGR beim Eintritt in den Luftsammler 14 angeordnet. In dem Abgaskrümmer ist ein Drucksensor zur Messung eines Vorturbinendrucks p31 angeordnet.
  • Zwischen der Niederdruckturbine des Abgasturboladers 22 und der Abgasnachbehandlungsanordnung 20 ist ein Temperatursensor 29 zur Messung einer Katalysatortemperatur T der Abgase vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsanordnung 20 angeordnet.
  • Der Fahrzeugantrieb 1 weist zudem eine Motorsteuerung 30 auf, die dazu eingerichtet ist, den Fahrzeugantrieb 1 und alle Komponenten davon entsprechend der Betriebserfordernisse des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Die Motorsteuerung 30 ist auch dazu eingerichtet, für eine optimale Ansteuerung des Fahrzeugantriebs und seiner Komponenten Messwerte aller oben erwähnten Sensoren zu berücksichtigen, sowie auf an sich übliche Betriebsmodelle, Lookup-Tabellen, etc. zuzugreifen, gegebenenfalls unter Verwendung der erfassten und/oder verarbeiteten Sensorwerte.
  • Die Motorsteuerung 30 weist ein Steuermittel 32 auf, das dazu eingerichtet ist, ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine 2 durchzuführen. Insbesondere ist das Steuermittel 32 dazu eingerichtet, die Katalysatortemperatur T zu ermitteln und mit einem Grenzwert Tg zu vergleichen, sowie im Falle eines Überschreitens des Grenzwerts Tg die Drosselklappe 12 und die Bypassabgas-Regeleinrichtung 18 anzusteuern.
  • Zur Verrichtung dieser Aufgaben ist die Motorsteuerung 30 und/oder das Steuermittel 32 dazu eingerichtet, in gegenwärtigen Kraftfahrzeugen typischerweise hinterlegte Betriebsmodelle 34 des Fahrzeugs, des Fahrzeugantriebs und/oder des wenigstens einen Antriebsmotors zu verwenden, insbesondere also dort zugreifbare Daten, Sensorwerte, Lookup-Tabellen 36 und/oder Modellprädiktionen im Sinne der Erfindung zu verwenden.
  • Die Durchführung des beispielhaften Verfahrens ist nachfolgend detailliert anhand von Erläuterungen zu der Darstellung der 2 für ein erstes beispielhaftes Verfahren beschrieben. In 3 ist anschließend beschrieben, inwiefern sich ein zweites Beispiel des Verfahren von dem ersten gemäß 2 unterscheidet.
  • In den Diagrammen der 2 sind - jeweils über die Zeit - angezeichnet:
    1. a) die mittels des Temperatursensors 29 kontinuierlich gemessenen Temperaturen T der Abgase in der Abgasführung 16 unmittelbar vor dem Eingang zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 20.
    2. b) ein Öffnungsgrad Aw der Bypassabgas-Regeleinrichtung 18.
    3. c) ein Öffnungsgrad AD der Drosselklappe 12.
  • Anhand der Diagramme der 2 lässt sich damit das erste beispielhafte Verfahren erläutern:
    • in einem Volllast Betrieb der Brennkraftmaschine 2 steigt die Temperatur T immer weiter an, bis sie beim Zeitpunkt t1 den oberen, kritischen Temperaturgrenzwert TG erreicht, ab dem eine Schädigung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 droht.
  • Im Ausführungsbeispiel greift aufgrund des Erreichens (bzw. bei Überschreitung) des Grenzwerts TG das Steuermittel 32 in der Motorsteuerung 30 ein, indem der Öffnungsgrad Aw der Bypassabgas-Regeleinrichtung 18 und der Öffnungsgrad AD der Drosselklappe 12 verringert werden.
  • Dadurch wird einerseits durch die Verringerung des Öffnungsgrads Aw der Bypassabgas-Regeleinrichtung 18 ein größerer Anteil der Abgase über die Hochdruckturbine 26 geleitet, als eigentlich für diesen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 erforderlich. Dadurch verliert die Gesamtheit der Abgase am Eingang in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 mehr Enthalpie und damit Temperatur als zuvor.
  • In der Folge sinkt die gemessene Temperatur T zunächst unter den oberen Grenzwert TG und später weiter bis zu einem unteren Grenzwert TOK ab.
  • Gleichzeitig würde sich aber ein erhöhter Ladedruck aufbauen, der über die Beeinflussung des Verhaltens der Verdichter des Abgasturboladers einen unerwünschten Einfluss auf die Leistung der Brennkraftmaschine hat.
  • Um diesen Effekt der Verringerung des Öffnungsgrads Aw zu kompensieren bzw. vermeiden, wird zeitgleich mit dieser Veringerung ab dem Zeitpunkt t1 auch der Öffnungsgrad Öffnungsgrad AD der Drosselklappe 12 entsprechend verringert.
  • Wenn beim Zeitpunkt t2 der untere Grenzwert TOK der gemessenen Temperatur T - sprich ein unkritischer Temperaturbereich - erreicht ist, werden die Öffnungsgrade Aw und AD wieder auf die eigentlich für diesen Betriebszustand Brennkraftmaschine 2 vorgesehene Größe gestellt.
  • Falls dies zur Folge hat, dass die Temperatur T nach einem weiteren Zeitintervall (beispielsweise beim Zeitpunkt t3) wieder den oberen Grenzwert TG erreicht bzw. überschreitet, werden wieder die gleichen erfindungsgemäßen Maßnahmen ergriffen.
  • In 3 sind die gleichen Diagramme wie zu 2 dargestellt, allerdings für ein anderes, zweites beispielhaftes Verfahren. Das zweite Beispiel Verfahren unterscheidet sich von dem ersten gemäß 2 insbesondere dadurch, dass die Temperatur T nicht durch eine digitale ON/OFF-Anwendung der Erfindung, sondern durch eine kontinuierliche und graduelle Anpassung der Öffnungsgrade Aw und AD geregelt wird.
  • Dies ermöglicht insbesondere eine ein Regelung der Temperatur T in einem kleineren Temperaturband, dass zudem einen größeren Abstand zum kritischen Wert TG aufweisen kann. Damit kann sichergestellt werden, dass die temperaturkritischen Bauteile eine höhere Lebensdauer aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugantrieb
    2
    Brennkraftmaschine
    4
    Sauganlage
    6
    Abgasanlage
    8
    Frischluftführung
    10
    Ladeluftkühler
    12
    Luftregeleinrichtung, z.B. Drosselklappe
    14
    Luftsammler
    16
    Abgasführung
    18
    Bypassabgas-Regeleinrichtung, z.B. Wastegateventil
    20
    Abgasnachbehandlungsanordnung
    22
    Abgasturbolader
    24
    Hochdruck-AGR-Leitung
    26
    Hochdruckabgasturbine
    28
    Hochdruckturbinenbypass
    29
    Temperatursensor
    30
    Motorsteuerung
    32
    Steuermittel
    t
    Zeitpunkte bei einer Durchführung des Verfahrens
    T
    Katalysatortemperatur
    TG
    oberer, kritischer Grenzwert der Katalysatortemperatur
    TOK
    unterer Grenzwert der Katalysatortemperatur
    AW
    Öffnungsgrad der Bypassabgas-Regeleinrichtung
    AD
    Öffnungsgrad der Luftregeleinrichtung

Claims (9)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (2), aufweisend zumindest die Verfahrensschritte: (I) Ermitteln einer Katalysatortemperatur (T), (II) Vergleichen der ermittelten Katalysatortemperatur mit einem oberen Temperaturgrenzwert (TG), wobei, wenn bei dem Vergleich eine Grenzwertüberschreitung erkannt wird, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: (III) Verringern eines Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinenbypass (28) eines Abgasturboladers (22) der Brennkraftmaschine geführt werden, (IV) Verringern einer Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine, wobei die verfahrensgemäßen Eingriffe (III, IV) in die Führung der Verbrennungsfluide beendet werden, wenn ein unterer Temperaturgrenzwert (TOK) der Katalysatortemperatur unterschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrensgemäßen Eingriffe nicht angesteuert werden, wenn und/oder solange ein Betriebszustand vorliegt, der eine schnelle und/oder unmittelbare Response der Brennkraftmaschine erfordert.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluftzufuhr in einem Maß verringert wird, das von einem Maß der Verringerung der Anteile des Abgases in dem Turbinenbypass abhängig ist.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffe (III, IV) umso stärker angesteuert werden, je stärker der obere Temperaturgrenzwert überschritten ist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperatur wiederholt ermittelt und daraus ein Temperaturgradient und/oder eine Temperaturprädiktion ermittelt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrensgemäßen Eingriffe bereits vor einem Erreichen des oberen Temperaturgrenzwerts angesteuert werden, wenn aufgrund eines ermittelten Temperaturgradients und/oder einer ermittelten Temperaturprädiktion eine Überschreitung zu erwarten und/oder nicht mehr zu vermeiden ist.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern des Anteils der Abgase der Brennkraftmaschine, die durch einen Turbinen-Bypass des Abgasturboladers geführt werden, insbesondere mittelbar oder unmittelbar, mittels eines Verringerns eines Öffnungsgrads (Aw) einer Bypassabgas-Regeleinrichtung erfolgt.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern der Frischluftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine, insbesondere mittelbar oder unmittelbar, mittels eines Verringerns eines Öffnungsgrads (AD) einer Luftregeleinrichtung einer Sauganlage der Brennkraftmaschine erfolgt.
  8. Steuermittel (32), insbesondere ausgebildet auf einer Motorsteuerung (30) der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  9. Fahrzeugantrieb (1), aufweisend - eine Brennkraftmaschine (2), - eine Sauganlage (4) mit einer Luftregeleinrichtung (12), - einen Abgasturbolader (22) mit einer Abgasturbine (26) und einem Abgasturbinenbypass (28), der eine Bypassabgas-Regeleinrichtung (18) aufweist, - eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) mit einer Temperaturermittlungseinrichtung (29), gekennzeichnet durch ein Steuermittel (32) gemäß Anspruch 8.
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