DE102022121068A1

DE102022121068A1 - Abgasregelung für Motoren mit magerer Verbrennung

Info

Publication number: DE102022121068A1
Application number: DE102022121068.5A
Authority: DE
Inventors: Matthew A. Younkins; Shikui Kevin Chen
Original assignee: Tula Technology Inc
Current assignee: Tula Technology Inc
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2022-08-19
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Beschrieben werden Systeme und Verfahren zur Optimierung von Abgasdurchsatz und Abgastemperatur während bestimmter Betriebsperioden in Aufwärm- und Warmhaltezuständen, indem der Wärmefluss während dieser bestimmten Betriebsperioden minimiert oder maximiert wird.

Description

GEBIET DER BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Zündüberspringungs-Motorsteuersystem für einen Verbrennungsmotor. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Beschreibung auf Anordnungen und Verfahren zur Regelung der Abgastemperatur, um die Wirksamkeit eines Emissionskontrollsystems zu verbessern.
HINTERGRUND
Die meisten Fahrzeuge, die heute in Betrieb sind, werden von Verbrennungs-(IC-) Motoren angetrieben. Verbrennungsmotoren haben in der Regel mehrere Zylinder oder andere Arbeitskammern, in denen die Verbrennung stattfindet. Die vom Motor erzeugte Leistung hängt von der Kraftstoff- und Luftmenge ab, die den einzelnen Arbeitskammern zugeführt wird. Der Motor muss in einem breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich betrieben werden, um den Anforderungen des Alltagsbetriebs gerecht zu werden.
Es gibtzwei Grundtypen von Verbrennungsmotoren: Fremdzündungsmotoren und Selbstzündungsmotoren. Bei Ersteren wird die Verbrennung durch einen Funken ausgelöst, bei Letzteren durch eine Temperaturerhöhung infolge der Verdichtung einer Ladung der Arbeitskammer. Selbstzündungsmotoren können weiter unterteilt werden in Motoren mit geschichteter Ladung (z.B. die meisten herkömmlichen Dieselmotoren, abgekürzt SCCI), Selbstzündungsmotoren mit vorgemischter Ladung (PCCI), reaktivitätsgesteuerte Selbstzündung (RCCI), Selbstzündungsmotoren mit Benzin-Selbstzündung (GCI oder GCIE) und Motoren mit homogener Ladung (HCCI). Einige, vor allem ältere Dieselmotoren verwenden allgemein keine Drosselklappe, um den Luftstrom in den Motor zu steuern. Fremdzündungsmotoren werden im Allgemeinen mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben und das von ihnen ausgegebene Drehmoment durch die Steuerung der Luftmassenladung (MAC) in einerArbeitskammer geregelt. Die Luftmasse wird im Allgemeinen über eine Drosselklappe gesteuert, um den absoluten Druck im Ansaugkrümmer (MAP) zu verringern. Bei Selbstzündungsmotoren wird die Motorleistung in der Regel durch die Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge (und damit unter Veränderung der Luft-Kraftstoff-Stöchiometrie) geregelt, nicht durch den Luftstrom durch den Motor. Das vom Motor ausgegebene Drehmoment wird verringert, indem der in die Arbeitskammer eintretenden Luft weniger Kraftstoff beigemischt wird, d.h. der Motor magerer betrieben wird. So kann ein Dieselmotor in der Regel mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20 bis 55 betrieben werden, während das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei etwa 14,5 liegt.
Durch Veränderungen des Hubraums kann die Kraftstoffeffizienz von Verbrennungsmotoren erheblich verbessert werden. Auf diese Weise steht bei Bedarf das volle Drehmoment zur Verfügung; gleichzeitig können die Pumpverluste erheblich reduziert und der thermische Wirkungsgrad verbessert werden, indem ein kleinerer Hubraum verwendet wird, wenn nicht das volle Drehmoment benötigt wird. Das heute gebräuchlichste Verfahren zur Implementierung eines Motors mit variablem Hubraum besteht darin, eine Gruppe von Zylindern im Wesentlichen gleichzeitig zu deaktivieren. Bei diesem Ansatz bleiben die Einlass- und Auslassventile, die zu den deaktivierten Zylindern gehören, geschlossen und es wird kein Kraftstoff eingespritzt, wenn ein Verbrennungsvorgang übersprungen werden soll. So kann beispielsweise ein Acht-Zylinder-Motor mit variablem Hubraum die Hälfte der Zylinder (d.h. vier Zylinder) deaktivieren, so dass er nur mit den verbleibenden vier Zylindern arbeitet. Die heute im Handel erhältlichen Motoren mit variablem Hubraum unterstützen in der Regel nur zwei oder höchstens drei Hubräume.
Ein anderer Ansatz zur Motorsteuerung, bei dem der effektive Hubraum eines Motors verändert wird, wird als „Zündüberspringungs-“ (skip fire) Motorsteuerung bezeichnet. Allgemein ist bei der Zündüberspringungssteuerung ein selektives Überspringen der Zündung bestimmter Zylinder bei ausgewählten Zündgelegenheiten vorgesehen. So kann ein bestimmter Zylinder während eines Motorzyklus gezündet und dann während des nächsten Motorzyklus übersprungen und beim nächsten Zyklus selektiv übersprungen oder gezündet werden. Auf diese Weise ist eine noch feinere Steuerung des effektiven Hubraums möglich. So würde beispielsweise die Zündung jedes dritten Zylinders in einem Vier-Zylinder-Motor zu einer effektiven Verringerung des Hubraums auf ein Drittel des gesamten Hubraums führen, was ein Bruchteil des Hubraums ist, der nicht durch die einfache Deaktivierung einer Reihe von Zylindern erreicht werden kann, um ein gleichmäßiges Zündmuster zu schaffen.
Sowohl Fremdzündungsmotoren als auch Selbstzündungsmotoren benötigen Emissionskontrollsysteme mit einem oder mehreren Nachbehandlungselementen, um die Emission unerwünschter Schadstoffe, die Verbrennungsnebenprodukte sind, zu begrenzen. Katalytische Konverter und Partikelfilter sind zwei gängige Nachbehandlungselemente. Fremdzündungsmotoren verwenden im Allgemeinen einen Drei-Wege-Katalysator, der sowohl unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert als auch Stickoxide (NO_x) reduziert. Diese Katalysatoren setzen voraus, dass die Verbrennung im Motor im Durchschnitt bei oder nahe einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfolgt, so dass im katalytischen Konverter sowohl Oxidations- als auch Reduktionsreaktionen stattfinden können. Da Selbstzündungsmotoren in der Regel mager laufen, kann die Erfüllung der Emissionsvorschriften nicht allein über einen herkömmlichen Drei-Wege-Katalysator erfolgen. Stattdessen verwenden sie eine andere Art von Nachbehandlungseinrichtung zur Reduzierung der NO_x-Emissionen. Diese Nachbehandlungseinrichtungen können Katalysatoren, magere NO_x-Fallen und selektive katalytische Reduktion (SCR) verwenden, um Stickoxide zu molekularem Stickstoff zu reduzieren. Im gebräuchlichsten SCR-System wird dem Motorabgas ein Harnstoff-WasserGemisch zugesetzt, bevor das Motorabgas durch einen katalytischen Konverter auf SCR-Basis strömt. Im SCR-Element zerfällt der Harnstoff in Ammoniak, das im SCR mit Stickoxiden zu molekularem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reagiert. Außerdem benötigen Dieselmotoren oft einen Partikelfilter, um die Rußemissionen zu reduzieren.
Zur erfolgreichen Begrenzung der Motoremissionen müssen alle Elemente des Nachbehandlungssystems in einem bestimmten erhöhten Temperaturbereich arbeiten, um effizienter zu sein. Da Drei-Wege-Katalysatoren in Fremdzündungsmotoren verwendet werden, bei denen der Luftstrom des Motors gesteuert wird, kann relativ leicht eine ausreichend hohe Motorabgastemperatur im Bereich von 400°C aufrechterhalten werden, um in einem Drei-Wege-Katalysator eine effiziente Schadstoffbeseitigung zu ermöglichen. Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Abgastemperatur in einem Motor mit magerer Verbrennung ist schwieriger, da die Abgastemperaturen durch den Luftüberschuss, der durch den Motor strömt, verringert werden. Es besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Vorrichtungen, mit denen die Abgastemperatur eines Motors mit magerer Verbrennung über einen breiten Bereich von Motorbetriebszuständen gesteuert werden kann.
KURZFASSUNG
Es werden verschiedene Verfahren und Anordnungen zum Beheizen eines Nachbehandlungselements, oder Steuern seiner Temperatur, in einem Abgassystem eines Motors mit magerer Verbrennung beschrieben. In einem Aspekt umfasst eine Motorsteuereinrichtung eine Nachbehandlungselement-Überwachungseinrichtung und eine Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit. Die Nachbehandlungselement-Überwachungseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie Daten mit Bezug auf eine Temperatur eines oder mehrerer Nachbehandlungselemente wie z.B. eines katalytischen Konverters erhält. Diese Daten können in Form eines Temperaturmodells für das Nachbehandlungselement vorliegen und/oder eine direkte Messung oder Erfassung der Temperatur des Nachbehandlungselements beinhalten. Die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit bestimmt eine Zündfolge für den Betrieb der Arbeitskammern des Motors im Zündüberspringungsverfahren. Die Zündfolge basiert mindestens teilweise auf den Temperaturdaten des Nachbehandlungselements.
Einige Implementierungen beinhalten ein Zündüberspringungs-Motorsteuersystem, das den Zündanteil oder die Zündfolge als Reaktion auf verschiedene Zustände und Motorparameter dynamisch anpasst, zu denen Sauerstoffsensordaten, NO_x-Sensordaten, Abgastemperatur, barometrischer Druck, Umgebungsfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des katalytischen Konverters gehören können. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Zündfolge für jede einzelne Zündgelegenheit festgelegt.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit magerer Verbrennung mit einer Mehrzahl von Arbeitskammern während eines Kaltstarts beschrieben. Das Verfahren umfasst das Deaktivieren mindestens einerArbeitskammer, so dass keine Luft durch die Arbeitskammer gepumpt wird, das Erhalten von Daten mit Bezug auf eine Temperatur eines Elements in einem Nachbehandlungssystem und das Bestimmen einer Zündfolge für den Betrieb der Arbeitskammern des Motors im Zündüberspringungsverfahren. Die Zündfolge wird mindestens teilweise auf der Grundlage der Nachbehandlungstemperaturdaten erstellt.
Figurenliste
Die vorgestellte Technik und ihre Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich. Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines repräsentativen Motorabgassystems für einen Selbstzündungsmotor nach einem Beispiel;
1B eine schematische Darstellung eines alternativen repräsentativen Motorabgassystems für einen Selbstzündungsmotor nach einem Beispiel;
2 ein Diagramm der Abgastemperatur in Abhängigkeit von der Motorlast für einen Selbstzündungsmotor nach einem Beispiel;
3 eine Zündüberspringungs-Steuereinrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung;
4 ein Diagramm der Abgastemperatur in Abhängigkeit von der Motorlast für einen beispielhaften Selbstzündungsmotor, der mit Zündüberspringungssteuerung betrieben wird, wobei übersprungene Zylinder deaktiviert sind;
5 ein Diagramm der Abgastemperatur in Abhängigkeit von der Motorlast für einen Selbstzündungsmotor nach einem Beispiel, der mit einer Zündüberspringungssteuerung betrieben wird und bei dem übersprungene Zylinder Luft pumpen;
6 ein dem Stand der Technik entsprechendes repräsentatives Diagramm der Temperatur eines Nachbehandlungselements während eines Kaltstarts und über einen Teil eines Fahrzyklus;
7 ein repräsentatives Diagramm der Temperatur eines Nachbehandlungselements während eines Kaltstarts und über einen Teil eines Fahrzyklus mit Zündüberspringungssteuerung;
8 ein schematisches Flussdiagramm eines repräsentativen Prozesses zur Optimierung von Abgasdurchsatz und Temperatur während der Aufwärm- und der Warmhalteperiode;
9 eine schematische Darstellung eines Abgasströmungssystems zur Optimierung von Abgasdurchsatz und Temperatur entsprechend dem in 8 gezeigten Optimierungsprozess.

In den Zeichnungen werden manchmal gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Strukturelemente verwendet. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung in den Figuren schematisch und nicht maßstabsgetreu ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Zündüberspringungs-Motorsteuersystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Motor mit magerer Verbrennung. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Beschreibung auf Anordnungen und Verfahren zur Regelung der Abgastemperatur, um die Wirksamkeit eines Emissionskontrollsystems zu verbessern. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Zündfolge für jede einzelne Zündgelegenheit oder mithilfe eines Sigma-Delta-Wandlers oder, äquivalent, mithilfe eines Delta-Sigma-Wandlers bestimmt. Ein solches Zündüberspringungs-Steuersystem kann als dynamische Zündüberspringungs- (DSF-) Steuerung bezeichnet werden.
Bei der Zündüberspringungs-Motorsteuerung ist ein selektives Überspringen der Zündung bestimmter Zylinder bei ausgewählten Zündgelegenheiten vorgesehen. So kann z.B. ein bestimmter Zylinder bei einer Zündgelegenheit gezündet, bei der nächsten Zündgelegenheit übersprungen und dann bei der nächsten selektiv übersprungen oder gezündet werden. Dies steht im Gegensatz zum Betrieb von herkömmlichen Motoren mit variablem Hubraum, bei dem ein fester Satz von Zylindern während bestimmter Niedriglast-Betriebszustände deaktiviert wird. Im Zündüberspringungsbetrieb können die Zündentscheidungen dynamisch getroffen werden, z.B. für jede einzelne Zündgelegenheit, dies ist allerdings keine Voraussetzung.
Die Zündüberspringungs-Motorsteuerung kann verschiedene Vorteile bieten, einschließlich erheblicher Verbesserungen bei der Kraftstoffeinsparung für Fremdzündungsmotoren, bei denen die Pumpverluste verringert werden können, indem sie auf höheren durchschnittlichen MAP-Niveaus betrieben werden. Da Selbstzündungsmotoren in der Regel nicht bei niedrigen Drücken im Ansaugkrümmer betrieben werden, bietet die Zündüberspringungssteuerung bei diesem Motortyp keine signifikante Reduzierung der Pumpverluste. Sie bietet jedoch eine Einrichtung zum Steuern der Abgastemperatur des Motors über einen breiten Bereich von Motorbetriebszuständen. Insbesondere kann mithilfe der Zündüberspringungssteuerung die Abgastemperatur so erhöht werden, dass sie allgemein in einem Bereich gehalten wird, in dem Nachbehandlungs-Emissionskontrollsysteme die Auspuffemissionen wirksam reduzieren können. Die Zündüberspringungssteuerung kann den Wirkungsgrad von Selbstzündungsmotoren bei geringen Lasten, z.B. bei Lasten unter 1 bar BMEP (mittlerer effektiver Bremsdruck), um 10% verbessern.
1A ist eine schematische Darstellung eines Motors mit magerer Verbrennung und eines Abgassystems nach einem Beispiel. Ein Motor 111 hat eine Anzahl von Arbeitskammern oder Zylindern 114, in denen die Verbrennung erfolgt. Die Abgase aus dem Verbrennungsprozess verlassen die Zylinder 114 über einen Abgaskrümmer 102. Ein Abgassystem 103a umfasst ein oder mehrere Nachbehandlungselemente zur Verringerung der Schadstoffemission in die Umwelt. Diese Elemente können einen Partikelfilter 104, einen oxidierenden katalytischen Konverter 106, ein Reduktionsmitteleinspritzsystem 108 und einen reduzierenden katalytischen Konverter 113 umfassen. Die Gesamtheit dieser verschiedenen Nachbehandlungselemente oder -vorrichtungen kann als Nachbehandlungssystem bezeichnet werden. Der Partikelfilter 104 entfernt Partikel, d.h. Ruß, die im Abgasstrom enthalten sein können. Der oxidierende katalytische Konverter 106 oxidiert unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgasstrom. Da der Motor 111 in der Regel mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, befindet sich im Allgemeinen ausreichend Sauerstoff im Abgasstrom, um diese Produkte der unvollständigen Verbrennung zu oxidieren. Das Reduktionsmittel-Einspritzsystem 108 führt dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel zu, häufig eine Mischung aus Harnstoff und Wasser. Der reduzierende katalytische Konverter 113 kann eine selektive katalytische Reduktion (SCR) verwenden, um Stickoxide zu molekularem Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Der reduzierende katalytische Konverter 113 kann zwei Katalysatoren verwenden: einen ersten Katalysator 110 zur Umwandlung von Harnstoff im Reduktionsmittel 108 in Ammoniak und einen zweiten Katalysator 112 zur Umwandlung von Stickoxiden und Ammoniak in molekularen Stickstoff und Wasser. Nachdem der Abgasstrom den reduzierenden katalytischen Konverter 113 passiert hat, verlässt er das Abgassystem 103a über das Endrohr 124 und gelangt in die Umgebung. Die verschiedenen Nachbehandlungselemente im Abgassystem 103a können Schadstoffe ausreichend aus dem Abgasstrom entfernen, so dass dieser mit den geltenden Umweltvorschriften vereinbar ist.
Das Abgassystem 103a kann zusätzlich einen oder mehrere Sensoren aufweisen. So können beispielsweise Sauerstoffsensoren 109a und 109b vor bzw. nach dem oxidierenden katalytischen Konverter 106 angeordnet sein. Ein NO_x-Sensor 117 kann nach dem reduzierenden katalytischen Konverter 113 angeordnet sein. In das Abgassystem 103a können auch ein oder mehrere Temperatursensoren eingebaut sein. Insbesondere kann ein Temperatursensor 107 zum Überwachen derTemperatur des oxidierenden katalytischen Konverters 106, ein Temperatursensor 105 zum Überwachen der Temperatur des Partikelfilters 104 und ein Temperatursensor 115 zum Überwachen der Temperatur des reduzierenden katalytischen Konverters 113 vorhanden sein. Auch weitere Sensoren können in das Abgassystem eingebaut sein (in 1A oder 1B nicht dargestellt), z.B. ein Temperatursensor im Abgaskrümmer.
Damit die Nachbehandlungselemente in einem Abgassystem korrekt funktionieren, müssen sie in einem bestimmten erhöhten Temperaturbereich arbeiten. Insbesondere müssen die Katalysatoren sowohl im oxidierenden katalytischen Konverter 106 als auch im reduzierenden katalytischen Konverter 113 in einem relativ engen Temperaturbereich arbeiten. Ein repräsentativer Betriebsbereich für den Reduktionskatalysator kann zwischen 200 und 400°C liegen, wobei andere Katalysatoren auch andere Bereiche haben können. Der Oxidationskatalysator kann einen breiteren und etwas höheren Betriebsbereich haben. Das Vorschalten des Oxidationskatalysators vor den Reduktionskatalysator führt dazu, dass der Oxidationskatalysator allgemein Abgasen mit höherer Temperatur ausgesetzt ist, da die Gase weniger Zeit haben, sich im Abgassystem abzukühlen. Allgemein können die Nachbehandlungselemente im Abgassystem so angeordnet sein, dass die Elemente mit höheren Betriebstemperaturbereichen näher am Motor liegen als die anderen Elemente. Dadurch kann auf das erste Nachbehandlungselement, z.B. den Partikelfilter 104 in 1A, die höchste Temperatur des Abgasstroms wirken. Der Abgasstrom kühlt sich allgemein ab, wenn er die nachfolgenden Elemente im Abgasweg passiert, es sei denn, in einer der Nachbehandlungseinrichtungen wird durch exotherme chemische Reaktionen, eine externe Wärmequelle, die Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe oder eine andere Wärmequelle erhebliche Energie freigesetzt.
Die Temperatur eines Nachbehandlungselements liegt allgemein in der Nähe der Temperatur des hindurchströmenden Abgases, obwohl seine Temperatur in einigen Fällen durch exotherme chemische Reaktionen erhöht werden kann, die durch einen Katalysator begünstigt werden. Aufgrund der Wärmeübertragung aus den Elementen des Abgassystems und den Rohrleitungen in die Umgebung kühlen sich die Abgase auf ihrem Weg durch das Abgassystem allgemein ab, obwohl die fortgesetzte Oxidation von unverbranntem oder teilweise verbranntem Kraftstoff die Abgastemperatur erhöhen kann. Diese Oxidation kann sowohl im Abgasstrom als auch auf dem Oxidationskatalysator stattfinden. Auch die Masse der Katalysatoren des Nachbehandlungssystems ist im Vergleich zum Massendurchsatz der Abgase durch die Katalysatoren relativ groß, so dass es in der Regel mehrere Minuten dauert, bis sich die Temperatur der Katalysatoren an die des durchströmenden Abgases angeglichen hat.
Es wird angemerkt, dass die Reihenfolge der Elemente im Nachbehandlungssystem geändert werden kann. Die in 1A dargestellte Anordnung kann für Systeme geeignet sein, bei denen der Partikelfilter 104 keinen aktiven Reinigungs- oder Regenerationsprozess erfordert. zeigt ein alternatives repräsentatives Abgassystem 103b. Ein Unterschied zwischen diesem System und dem in 1A dargestellten Abgassystem 103a besteht in der Reihenfolge der verschiedenen Nachbehandlungselemente im Abgasstrom. In 1B ist der oxidierende katalytische Konverter 106 dem Partikelfilter 104 vorgeschaltet. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn der Partikelfilter 104 regelmäßig durch ein aktives Verfahren gereinigt werden muss, bei dem seine Temperatur auf etwa 500°C bis 600°C erhöht wird, um den auf dem Partikelfilter 104 angesammelten Ruß auszubrennen. Der aktive Reinigungsprozess kann beinhalten, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Abgasstrom eingeleitet und durch Oxidation im oxidierenden katalytischen Konverter 106 in Wärme umgewandelt werden. Durch das Vorschalten des oxidierenden katalytischen Konverters 106 vor den Partikelfilter 104 kann die Temperatur des Partikelfilters während des Reinigungsvorgangs aktiv gesteuert werden. Alternativ kann der Partikelfilter 104 auch nach dem reduzierenden katalytischen Konverter 113 angeordnet sein. Die Reihenfolge der Nachbehandlungselemente kann je nach ihrem Betriebstemperaturbereich und ihrer maximal zulässigen Temperatur variieren.
Verschiedene andere Merkmale und Elemente, die in 1A und 1B nicht dargestellt sind, können in das Abgassystem integriert werden. Solche Elemente können unter anderem ein Abgasrückführungssystem (AGR), eine Turbine zum Antrieb eines Turboladers und ein Wastegate zur Steuerung des Abgasstroms durch die Turbine sein.
2 zeigt die Abgastemperatur am Abgaskrümmer (102 in 1A und 1B) in Abhängigkeit von der Motorbetriebslast für einen repräsentativen aufgeladenen Selbstzündungsmotor, der bei 1250 U/min betrieben wird. Die Kurve 280 zeigt die Abgastemperatur in Abhängigkeit von der Motorlast, ausgedrückt als mittlerer effektiver Bremsdruck (BMEP), für den Fall, dass alle Motorzylinder unter im Wesentlichen gleichen Bedingungen gezündet werden. Die Motorleistung wird in der Regel über die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gesteuert, obwohl auch andere Motorparameter wie der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die Abgasrückführung die Motorleistung beeinflussen können. Die höchste Ausgangslast ist mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbunden, bei dem während der Verbrennung im Wesentlichen der gesamte Sauerstoff in der Luftladung verbraucht wird. Geringere Ausgangslasten entsprechen einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einerÄnderung des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung. Ebenfalls in 2 ist als schattierte Fläche 270 ein Betriebstemperaturbereich für die Motorabgastemperatur dargestellt, der einen effizienten Nachbehandlungsbetrieb ermöglicht. Der effektive Temperaturbereich kann durch den SCR-Katalysator im reduzierenden katalytischen Konverter 113 begrenzt sein, der häufig einen begrenzteren Betriebstemperaturbereich hat als Oxidationskatalysatoren und Partikelfilter. Der schattierte Bereich 270 in 2 hat einen Betriebsbereich von etwa 200°C, was ein typischer Wert ist. Der SCR-Katalysator muss innerhalb dieses Temperaturbereichs gehalten werden, damit das Nachbehandlungssystem NO_x effizient aus dem Abgasstrom entfernen kann. Wenn sich der SCR-Katalysator innerhalb seines Betriebstemperaturbereichs befindet, befinden sich in einigen Fällen auch die anderen Nachbehandlungselemente innerhalb ihrerjeweiligen Betriebsbereiche. In diesem Fall repräsentiert der Temperaturbetriebsbereich des SCR-Katalysators den Temperaturbetriebsbereich des gesamten Nachbehandlungssystems. Wenn andere Nachbehandlungselemente im Abgassystem andere oder engere Betriebstemperaturbereiche haben, muss der in 2 dargestellte Betriebstemperaturbereich 270 möglicherweise geändert werden.
Es ist zu beachten, dass der in 2 dargestellte Betriebsbereich 270 nicht unbedingt der Betriebstemperaturbereich des Katalysators ist, sondern der Temperaturbereich der Abgase im Abgaskrümmer, der dazu führt, dass sich der Katalysator in seinem Betriebstemperaturbereich befindet. Der Betriebstemperaturbereich des SCR-Katalysators kann z.B. 200 bis 400°C betragen, und die Abgase können sich um 25°C abkühlen, bevor sie den Katalysator erreichen. Der schattierte Bereich 270 stellt somit einen Abgastemperaturbereich von etwa 225 bis 425°C dar. Unterschiedliche Motorbetriebspunkte und Motorkonstruktionen können unterschiedliche stationäre Offsets zwischen der Abgastemperatur und der Temperatur des SCR-Katalysators oder anderer Katalysatoren im Nachbehandlungssystem aufweisen. In einigen Fällen können die Abgastemperaturen im Abgassystem aufgrund exothermer chemischer Reaktionen ansteigen. Die oben angegebenen Werte für den Katalysatortemperatur-Betriebsbereich und die Offset-Temperatur zwischen Katalysator- und Abgaskrümmertemperatur sind lediglich repräsentativ und nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs der vorliegenden Beschreibung zu verstehen.
Aus 2 ist ersichtlich, dass die Abgastemperaturen nur über etwa die Hälfte des Motorbetriebsbereichs in einen akzeptablen Bereich für eine effektive NO_x-Entfernung fallen. Vorteilhaft ist, dass durch die Zündüberspringungssteuerung die Abgastemperatur über den größten Teil eines Motorbetriebslastbereichs in einem typischen Fahrzyklus so gesteuert werden kann, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems innerhalb seines Betriebstemperaturfensters bleibt. Insbesondere wird durch die Deaktivierung eines oder mehrerer Zylinder, so dass während eines Betriebszyklus keine Luft durch einen Zylinder gepumpt wird, die durchschnittliche Temperatur der Abgase erhöht, die den Motor verlassen. Ein Zylinder kann deaktiviert werden, indem das/die Einlassventil(e), das/die Auslassventil(e) oder sowohl das/die Einlass- als auch das Auslassventil(e) deaktiviert werden. Durch das effektive Abschalten eines Zylinders wird weniger Luft zur Verdünnung der bei der Verbrennung entstehenden heißen Abgase benötigt. Insbesondere kann die Zündüberspringungssteuerung eingesetzt werden, um die Temperatur des Abgasstroms bei Niedriglastzuständen zu erhöhen.
Zunächst wird anhand von 3 eine Zündüberspringungs-Steuereinrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung beschrieben. Die Motorsteuereinrichtung 200 umfasst einen Zündanteilrechner 206, eine Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204, ein Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216, eine Zündsteuerungseinheit 240 und eine Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202. Die Zündsteuereinheit 240 empfängt Eingaben von der Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204, der Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 und dem Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 und steuert auf der Grundlage dieser Eingaben den Betrieb der Arbeitskammern eines Motors.
Die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 steht für ein beliebiges geeignetes Modul, einen beliebigen Mechanismus und/oder einen oder mehrere Sensoren, die Daten mit Bezug auf die Temperatur eines Nachbehandlungselements liefern. Sie kann der Temperatur des reduzierenden katalytischen Konverters 113, des oxidierenden katalytischen Konverters 106 oder des Partikelfilters 104 entsprechen (siehe 1A und 1B). Wenn der reduzierende katalytische Konverter den engsten Betriebsbereich von allen Nachbehandlungselementen hat, können nur Daten verwendet werden, die für seine Temperatur repräsentativ sind. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 zum Beispiel Sauerstoffsensordaten aus den Sauerstoffsensoren 109a und/oder 109b enthalten. Die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung kann auch Messungen von NO_x-Sensoren enthalten, die vor und nach dem reduzierenden katalytischen Konverter 113 angeordnet sind. Die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 kann auch Eingaben wie die Temperatur der Umgebungsluft, die Abgastemperatur im Abgaskrümmer, den barometrischen Druck, die Umgebungsfeuchtigkeit und/oder die Temperatur des Motorkühlmittels enthalten. Die Temperaturdaten können mit einem oder mehreren Sensoren wie etwa den Temperatursensoren 105, 107 und 115 ermittelt werden. In einigen Ausführungsformen ist für die Motorsteuereinrichtung 200 und die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 keine direkte Messung oder Erfassung der Temperatur eines Nachbehandlungselements erforderlich. Stattdessen kann ein Algorithmus verwendet werden, der einen oder mehrere Eingaben verwendet, wie z.B. ein Temperaturmodell des katalytischen Konverters, um die Temperatur des Nachbehandlungselements oder des Systems zu bestimmen. Das Modell basiert auf einem oder mehreren der oben genannten Parameter (z.B. Sauerstoffsensordaten, NO_x-Sensordaten, Abgastemperatur, Umgebungstemperatur, barometrischem Druck, Umgebungsfeuchtigkeit usw.), die für die Temperatur des katalytischen Konverters repräsentativ sind oder mit ihr in Zusammenhang stehen. In einigen Ausführungsformen kann zur Bestimmung der Temperaturdaten ein Temperaturmodell mit gemessenen Temperaturwerten kombiniert werden. Das Modell kann insbesondere zurVorhersage der Temperatur von Nachbehandlungselementen in instationären Situationen, etwa beim Anlassen des Motors oder beim Wechsel zwischen verschiedenen Motorlasten, verwendet werden. In solchen Fällen kann die Temperatur eines Nachbehandlungselements mithilfe eines Vorwärtssteuerungssystems geregelt werden. In wiederum anderen Ausführungsformen schätzt oder erfasst die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 direkt die Temperaturen des katalytischen Konverters oder die Temperaturen anderer Elemente im Nachbehandlungssystem. Die Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 überträgt die Temperaturdaten des Nachbehandlungssystems an das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216, die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204, die Zündsteuerungseinheit 240 und/oder den Zündanteilrechner 206.
Zusätzlich zu den Temperaturdaten der Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung empfängt der Zündanteilrechner 206 ein Eingangssignal 210, das ein gewünschtes Drehmoment oder ein anderes Steuersignal angibt. Das Signal 210 kann aus einem Gaspedalstellungssensor (APP) oder anderen geeigneten Quellen, wie z.B. einem Geschwindigkeitsregler, einem Drehmomentregler usw., empfangen oder abgeleitet werden.
Der Zündanteilrechner 206 ist so eingerichtet, dass er auf der Grundlage der obigen Eingaben einen Zündüberspringungs-Zündanteil (d.h. den angeforderten Zündanteil 223) bestimmt. Der Zündanteil gibt den Prozentsatz der Zündungen an, die bei den aktuellen (oder angestrebten) Betriebszuständen erforderlich sind, um die gewünschte Leistung und Temperatur des Nachbehandlungselements zu erreichen. Bei bestimmten Zuständen kann der Zündanteil auf der Grundlage des Prozentsatzes optimierter Zündungen bestimmt werden, die erforderlich sind, um die gewünschte Leistung und Temperatur des Nachbehandlungselements zu erreichen (z.B. wenn die Arbeitskammern an einem Betriebspunkt zünden, der im Wesentlichen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz optimiert ist). Es wird darauf hingewiesen, dass ein Zündanteil auf unterschiedlichste Weise übermittelt oder repräsentiert sein kann. Der Zündanteil kann beispielsweise die Form eines Zündmusters, einer Zündsequenz oder einer anderen Zündcharakteristik haben, die den oben genannten Prozentsatz an Zündungen beinhaltet oder vermittelt.
Der Zündanteilrechner 206 berücksichtigt unterschiedlichste Parameter, die die Temperatur des Nachbehandlungselements beeinflussen oder dazu beitragen können, diese anzugeben. Das heißt, dass der Zündanteil mindestens teilweise auf der Grundlage derTemperaturdaten des Nachbehandlungselements bestimmt wird, die aus der Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 empfangen werden. Bei einigen Ansätzen basiert der Zündanteil auf einer direkten Messung des Nachbehandlungselements. Darüber hinaus können auch andere Informationen zur Bestimmung des Zündanteils herangezogen werden, z.B. Sauerstoffsensordaten, NO_x-Sensordaten, Umgebungslufttemperatur, Abgastemperatur, Katalysatortemperatur, barometrischer Druck, Umgebungsfeuchtigkeit, Motorkühlmitteltemperatur usw. Da sich diese Parameter im Laufe der Zeit ändern, kann der Zündanteil in verschiedenen Ausführungsformen dynamisch eingestellt werden.
Das Verfahren zur Erzeugung des Zündanteils kann je nach den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung sehr unterschiedlich sein. Bei einem bestimmten Ansatz wird der Zündanteil mindestens teilweise in Abhängigkeit von der Zeit erzeugt. Das heißt, es wird ein vorläufiger Wert für den Zündanteil erzeugt, der auf vorgegebene Weise abhängig von der Zeit angepasst wird, die seit dem Anlassen des Motors verstrichen ist. Der vorläufige Wert kann dann mithilfe eines Algorithmus auf der Grundlage beliebiger obiger Parameter, wie Umgebungslufttemperatur, Abgastemperatur, Katalysatortemperatur, NO_x-Sensordaten und/oder Sauerstoffsensordaten, weiter angepasst werden. In verschiedenen Ausführungsformen ist bekannt, dass bestimmte Zündanteile bei bestimmten Fahrzeug- oder Motorkonstruktionen unerwünschte Geräusche, Vibrationen und Rauheit (NVH) verursachen, und solche Zündanteile können angepasst oder vermieden werden. In noch anderen Ausführungsformen wird ein Zündanteil auf der Grundlage von Temperaturdaten der Nachbehandlungselemente aus einer vordefinierten Bibliothek von Zündanteilen ausgewählt, die akzeptable NVH-Eigenschaften aufweisen. Die Temperaturdaten der Nachbehandlungselemente können von einem Temperaturmodell der Nachbehandlungselemente stammen, oder es kann sich um eine erfasste Temperatur der Nachbehandlungselemente handeln.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 vorgesehen, das mit dem Zündanteilrechner 206 zusammenarbeitet. Das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 weist die Zündsteuerungseinheit 240 an, ausgewählte Antriebsstrangparameter entsprechend einzustellen, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Motorleistung bei dem angeforderten Zündanteil im Wesentlichen der angeforderten Motorleistung entspricht. Beispielsweise kann das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 dazu dienen, die gewünschte Kraftstoffmenge, die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die Abgasrückführung (AGR) und/oder andere Motoreinstellungen zu bestimmen, die dazu beitragen sollen, dass die tatsächliche Motorleistung der angewiesenen Motorleistung entspricht. In anderen Ausführungsformen kann das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 natürlich auch so eingerichtet sein, dass es verschiedene Motoreinstellungen direkt steuert.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung ist das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 so eingerichtet, dass es übersprungene Arbeitskammern zwischen verschiedenen Betriebsmodi umschaltet. Wie bereits erwähnt, beinhaltet der Zündüberspringungsbetrieb das Zünden eines oder mehrerer ausgewählter Arbeitszyklen ausgewählter Arbeitskammern und das Überspringen anderer. In einem ersten Betriebsmodus werden die übersprungenen Arbeitskammern während übersprungener Arbeitszyklen deaktiviert, d.h. für die Dauer des entsprechenden Arbeitszyklus wird nur sehr wenig oder gar keine Luft durch die entsprechende Arbeitskammer geleitet. Dieser Modus wird durch die Deaktivierung des Einlass- und/oder des Auslassventils erreicht, das den Eintritt der Luft in die Arbeitskammer und den Austritt daraus ermöglicht. Wenn sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen ist, werden die Gase in der Arbeitskammer eingeschlossen und bilden so eine Luftfeder.
In einem zweiten Betriebsmodus werden das Ein- und das Auslassventil für die übersprungene Arbeitskammer während des entsprechenden Arbeitszyklus nicht verschlossen, und die Luft kann durch die Arbeitskammer strömen. In diesem Betriebsmodus findet in der übersprungenen Arbeitskammer keine Verbrennung statt, und die durch die übersprungene Arbeitskammer gepumpte Luft wird dem Abgassystem zugeführt. Dies führt zu einer Verdünnung des Abgasstroms und einer Senkung seiner Temperatur. Außerdem wird dadurch überschüssiger Sauerstoff in den Abgasstrom eingeleitet.
In einem dritten Betriebsmodus erfolgt ein Öffnen des Einlass- und des Auslassventils einer übersprungenen Arbeitskammer und ein Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder spät im Arbeitstakt. Das Ergebnis ist unverbrannter oder nur leicht verbrannter Kraftstoff im Abgasstrom, der von den übersprungenen Arbeitskammern abgegeben wird. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe gelangen in den oxidierenden katalytischen Konverter und reagieren exotherm mit der Luft aus den übersprungenen Arbeitskammern. Diese Reaktion trägt dazu bei, den oxidierenden katalytischen Konverter zu erhitzen. Ein solcher Ansatz kann insbesondere während der Startphase eines Motors nützlich sein, in der der oxidierende katalytische Konverter schnell aufgeheizt werden muss, um die Schadstoffemissionen zu minimieren. In anderen Ausführungsformen können die unverbrannten Kohlenwasserstoffe zur Reinigung eines Partikelfilters 104 genutzt werden, indem dessen Temperatur erhöht wird, um angesammelten Ruß abzubrennen. Auch wenn die absichtliche Einleitung von Kohlenwasserstoffen in das Abgassystem in manchen Situationen sinnvoll sein kann, sollte diese Praxis generell vermieden oder minimiert werden, da sie die Kraftstoffeinsparung verringert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die übersprungenen Zylinder in jeder der drei Betriebsmodi betrieben werden können, d.h. deaktiviert, mit Ventilen ohne Kraftstoffeinspritzung oder mit einer Kraftstoffeinspritzung, die zu einer geringen oder gar keiner Verbrennung führt. Das heißt, in einigen Arbeitszyklen kann ein übersprungener Zylinder mit gesperrten Ventilen und in einem nachfolgenden Zyklus mit funktionierenden Ventilen und in einem weiteren Zyklus mit gesperrten Ventilen betrieben werden. Ob ein Zylinder übersprungen oder gezündet wird, wird ebenfalls dynamisch gesteuert. Auf diese Weise lässt sich die Menge an Luft, Sauerstoff und unverbranntem Kraftstoff optimieren, die von den übersprungenen Zylindern in das Abgassystem abgegeben wird. Die gezündeten Zylinder erzeugen in der Regel heiße Abgase, die etwas Restsauerstoff enthalten, da die Zylinder in der Regel mager laufen, sowie einen gewissen Rest an unverbrannten Kohlenwasserstoffen.
Die Emissionskontrolle beim Anlassen des Motors ist eine technische Herausforderung, da die verschiedenen Nachbehandlungselemente noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben. Bei einem Kaltstart sind zunächst alle Motor- und Auspuffkomponenten kalt. Es kann wünschenswert sein, den Motor mit einem relativ niedrigen Zündanteil zu starten, wobei die Zylinder mit einem nominell stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gezündet werden, und alle übersprungenen Zylinder im Betriebsmodus eins zu halten, um zu vermeiden, dass Luft in den oxidierenden katalytischen Konverter gepumpt wird. Sobald die Temperatur des oxidierenden katalytischen Konverters zu steigen beginnt, kann dem katalytischen Konverter Sauerstoff zugeführt werden, indem mindestens einige der übersprungenen Zylinder im zweiten oder dritten Modus betrieben werden. Indem die zündenden Zylinder mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, oder durch eine späte Kraftstoffeinspritzung durch die übersprungenen Zylinder, d.h. im Betriebsmodus drei, können gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe dem oxidierenden katalytischen Konverter zugeführt werden. Der Sauerstoff und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe können dann im Oxidationskatalysator-Konverter exotherm reagieren und dessen Temperatur schneller erhöhen. Diese Reaktion erfolgt möglicherweise erst dann, wenn der Oxidationskatalysator-Konverter auf oder über der Kohlenwasserstoff-Anspringtemperatur liegt, und daher kann es wünschenswert sein, Sauerstoff und unverbrannte Kohlenwasserstoffe erst dann in den katalytischen Konverter zu leiten, wenn er diese Temperatur erreicht hat. Sobald der oxidierende katalytische Konverter seine Betriebstemperatur erreicht hat, können alle übersprungenen Zylinder im dritten Modus betrieben werden (späte Kraftstoffeinspritzung durch die übersprungenen Zylinder), um die Abgastemperatur zu erhöhen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erwärmung des Oxidationskatalysators durch die Zufuhr von unverbranntem Kraftstoff und Sauerstoff auch andere Nachbehandlungselemente im Abgassystem hinter dem Oxidationskatalysator erwärmen kann. Diese Nachbehandlungselemente können den Reduktionskatalysator und/oder den Partikelfilter umfassen.
Das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 ist in verschiedenen Ausführungsformen ist so eingerichtet, dass es ein Umschalten des Motors zwischen den drei Betriebsmodi auf der Grundlage der Temperaturdaten des Nachbehandlungselements und/oder anderer Motorbetriebsparameter bewirkt. Wenn die Motorsteuereinrichtung beispielsweise feststellt, dass die Temperatur des Nachbehandlungselements unterhalb seines effektiven Betriebstemperaturbereichs, aber oberhalb der Anspringtemperatur liegt (z.B. bei einem Kaltstartoder bei längerer niedriger Last), kann das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul den dritte Betriebsmodus verwenden (z.B. einen Zündüberspringungs-Motorbetrieb, bei dem unverbrannte Kohlenwasserstoffe an den oxidierenden katalytischen Konverter abgegeben werden). Dieser Betriebsmodus kann dazu beitragen, die Erwärmung des Oxidationskatalysators auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu beschleunigen. Stellt die Motorsteuereinrichtungjedoch fest, dass die Temperatur des Oxidationskatalysators hoch genug ist oder einen effektiven Betriebstemperaturbereich erreicht hat, dann schaltet das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul auf den ersten Betriebsmodus um (z.B. Zündüberspringungs-Motorbetrieb, bei dem den gezündeten Arbeitskammern ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt und die übersprungenen Arbeitskammern deaktiviert werden).
Es kann auch Situationen geben, in denen die Katalysatortemperatur zu hoch ist und eine Kühlung erforderlich ist. So sind Selbstzündungsmotoren in der Regel mit einem Abgasnachbehandlungselement gekoppelt, das in einem etwas engeren Betriebstemperaturbereich arbeitet als Fremdzündungsmotoren. In einigen Fällen kann die Temperatur des Nachbehandlungselements diesen Bereich überschreiten. Solche Situationen sollten vermieden werden, da zu hohe Temperaturen das Nachbehandlungselement beschädigen oder seine Leistung beeinträchtigen können. Dementsprechend stellt die Motorsteuereinrichtung in einigen Ausführungsformen fest, ob das Nachbehandlungselement eine bestimmte Schwellentemperatur überschritten hat. Ist dies der Fall, kann Außenluft in das Abgassystem eingeblasen werden, und zwar vor jedem Nachbehandlungselement, dessen Temperatur seinen Betriebstemperaturbereich überschreitet. Die zusätzliche Luft, die durch das Abgassystem strömt, trägt zur Kühlung des Abgasnachbehandlungselements bei. Sobald die Motorsteuereinrichtung feststellt, dass die Temperatur des Nachbehandlungselements innerhalb eines gewünschten Betriebstemperaturbereichs liegt, kann die Außenlufteinblasung beendet werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass in einigen Ausführungsformen auf verschiedene Arbeitszyklen verschiedene Modi angewendet werden können. Mit anderen Worten: Während eines ausgewählten Arbeitszyklus einer bestimmten Arbeitskammer kann die Arbeitskammer in einem zweiten Modus betrieben werden, während im nächsten Arbeitszyklus die entsprechende Arbeitskammer in einem ersten Modus betrieben wird. Mit anderen Worten: In einem Arbeitszyklus kann Luft durch die übersprungene Arbeitskammer gelassen werden, während bei der nächsten Zündung mit übersprungener Arbeitskammer die Arbeitskammer deaktiviert und verschlossen wird. Veränderungen der Zufuhr von Luft-Kraftstoff-Gemischen und der Betätigung der Arbeitskammerventile können sich in Abhängigkeit von den Temperaturdaten des Abgassystems und/oder einer Mehrzahl von Motorbetriebsparametern dynamisch von einem Arbeitszyklus zum nächsten und von einer Arbeitskammer zur nächsten ändern.
Die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204 empfängt Eingaben aus dem Zündzeitpunktrechner 206 und/oder dem Antriebsstrang-Parameter-Einstellmodul 216 und ist so eingerichtet, dass sie eine Sequenz von Zündbefehlen (z.B. ein Antriebsimpulssignal 213) ausgibt, die bewirken, dass der Motor den Prozentsatz an Zündungen liefert, von dem angeforderten Zündzeitpunkt 223 vorgegeben wird. Die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204 kann unterschiedlichste Formen haben. In einigen Ausführungsformen kann die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204 beispielsweise verschiedene Arten von Nachschlagetabellen verwenden, um die gewünschten Steuerungsalgorithmen zu implementieren. In anderen Ausführungsformen werden ein Sigma-Delta-Wandler oder andere Mechanismen verwendet. Die von der Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204 ausgegebene Folge von Zündbefehlen (manchmal auch als Steuerimpulssignal 213 bezeichnet) kann an eine Zündsteuereinheit 240 weitergeleitet werden, die die eigentlichen Zündungen organisiert.
Bei einigen Ausführungen werden bestimmte Arbeitskammern selektiv gezündet und andere nicht. Zum Beispiel zündet die Motorsteuereinrichtung beim Anlassen des Motors nach einem Kaltstart möglicherweise nur eine bestimmte Untergruppe von Arbeitskammern, die physisch näher an einem Nachbehandlungselement im Abgassystem liegen, d.h. einen kürzeren Abgasstromweg zum Nachbehandlungselement haben. Da die Abgase aus diesen Arbeitskammern einen kürzeren Wegzurücklegen müssen, verlieren sie weniger Wärmeenergie und können zu einer schnelleren und effizienteren Erwärmung der Nachbehandlungselemente beitragen. Mindestens eine Arbeitskammer kann deaktiviert werden, so dass für eine Reihe von Arbeitszyklen keine Luft durch die Arbeitskammer gepumpt wird, die die Temperatur der Abgase erhöht. Diese mindestens eine deaktivierte Arbeitskammer kann die Arbeitskammer sein, die am weitesten von den Nachbehandlungselementen, die erhitzt werden, entfernt liegt.
Die Motorsteuereinrichtung 200, der Zündanteilrechner 206, das Antriebsstrangparameter-Einstellmodul 216 und die Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 204 können vielfältige unterschiedliche Formen und Funktionalitäten aufweisen. Beispielsweise können die verschiedenen in 3 dargestellten Module in weniger Komponenten integriert sein, oder ihre Funktionen werden von einer größeren Anzahl von Modulen ausgeführt. Die Motorsteuereinrichtung kann um zusätzliche Funktionen und Module erweitert werden. Als Beispiel sind einige geeignete Zündanteilrechner, Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheiten, Antriebsstrangparameter-Einstellmodule und andere zugehörige Module in den US-Patenten des gleichen Anmelders mit den Nummern 7,954,474; 7,886,715; 7,849,835; 7,577,511; 8,099,224; 8,131,445; 8,131,447; 9,086,020 und 9,120,478 beschrieben: den US-Patentanmeldungen Nr. 13/774,134 ; 13/963,686 ; 13/953,615 ; 13/886,107 ; 13/963,759 ; 13/963,819 ; 13/961,701 ; 13/843,567 ; 13/794,157 ; 13/842,234 ; 13/004,839 , 13/654,244 und 13/004,844 , die hier jeweils in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen werden. Die Steuereinrichtung 200 kann mit beliebigen Funktionen, Modulen und Vorgängen versehen werden, die in den oben genannten Patentdokumenten beschrieben sind. In verschiedenen alternativen Implementierungen können diese Funktionsblöcke algorithmisch mithilfe eines Mikroprozessors, einer ECU oder einer anderen Rechenvorrichtung, mithilfe analoger oder digitaler Komponenten, mit programmierbarer Logik, mit Kombinationen der Vorgenannten und/oder auf jede andere geeignete Weise ausgeführt werden.
4 zeigt die Abgastemperatur im Abgaskrümmer in Abhängigkeit von der Motorbetriebslast für einen repräsentativen aufgeladenen Selbstzündungsmotor, der bei 1250 U/min mit Zündüberspringungssteuerung betrieben wird. Die Motorbetriebslast wird als BMEP im Verhältnis zum gesamten Motorhubraum bei Betrieb aller Zylinder ausgedrückt. In 4 sind mehrere Betriebskurven 410a bis 410j dargestellt. Diese entsprechen dem Betrieb des Motors mit unterschiedlichen Zündanteilen bei deaktivierten Zylindern, dem oben beschriebenen Betriebsmodus eins. Die Kurve 410a ganz links entspricht dem niedrigsten Zündanteil und die Kurve 410j ganz rechts dem höchsten Zündanteil, d.h. einem Zündanteil von 1, bei dem alle Zylinder gezündet werden. Die dazwischenliegenden Kurven 410b bis 410i entsprechen aufeinanderfolgenden, zunehmenden Zündanteilen. Die Kurve 410j, die einem Zündanteil von 1 entspricht, ist identisch mit dem entsprechenden Abschnitt der Kurve 280 in 2. Die gewählten Zündanteile können Zündanteilen entsprechen, die akzeptable NVH-Eigenschaften (Geräusche, Vibrationen und Rauheit) bieten, wie im US-Patent Nr. 9,086,020 des gleichen Anmelders und in den anhängigen US-Patentanmeldungen Nr. 13/963,686 und 14/638,908 beschrieben. In 4 ist auch der schattierte Bereich 270 dargestellt, der die Abgaskrümmertemperatur zeigt, die erforderlich ist, um ein Nachbehandlungselement im Abgassystem in seinen Betriebstemperaturbereich zu bringen. Dieser Bereich ist identisch mit dem schattierten Bereich 270 in 2.
Innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs kann die erforderliche Motorleistung durch den Betrieb mit einem der Zündanteile erzeugt werden, die in den Kurven 410a bis 410j dargestellt sind, wobei die Motorabgastemperatur innerhalb der erforderlichen Temperaturgrenzen gehalten wird. In einigen Fällen können mehrere Zündanteile eine akzeptable Motorleistung und Abgastemperatur liefern. In diesen Fällen kann vom Zündanteilrechner 206 (3) für den Betrieb des Motors der Zündanteil ausgewählt werden, der den Betrieb mit der größten Kraftstoffersparnis ermöglicht. Aus 4 ist ersichtlich, dass der zu lässige stationäre Betriebsbereich mit der Zündüberspringungssteuerung viel größer ist als der entsprechende Bereich ohne diese Steuerung, wie in 2 dargestellt. Für andere Motordrehzahlen können ähnliche Betriebskurven 410a bis 410j und Abgaskrümmer-Temperaturbereiche 470 erstellt werden. Allgemein ermöglicht der Betrieb mit Zündüberspringungssteuerung mit unterschiedlichen Zündanteilen einen stationären Betrieb über einen breiten Bereich von Motorlasten.
Wie in 4 gezeigt, gibt es einen Bereich hoher Lastzustände, oberhalb von etwa 9,5 bar BMEP, in dem der Motor nicht im stationären Betrieb arbeiten und das Element im Nachbehandlungssystem nicht in seinem gewünschten Temperaturbereich halten kann. Diese hohen Lasten erfordern den Betrieb auf allen Zylindern, so dass kein Zylinder übersprungen wird, d.h. einen Zündanteil von 1. Bei diesen Zuständen kann die Temperatur des Nachbehandlungssystems gesenkt werden, indem Außenluft in das Abgassystem geblasen wird, wie bereits beschrieben. Außerdem wird ein Motor bei typischen Fahrzyklen nur selten über längere Zeit in diesem Hochlastbereich betrieben. Ein kurzzeitiger Betrieb in diesem Hochlastbereich, z.B. beim Passieren oder Befahren eines steilen Hügels, führt aufgrund der thermischen Trägheit des Nachbehandlungssystems in der Regel nicht zu einer Überschreitung des Betriebstemperaturbereichs des Nachbehandlungssystems. In diesen Fällen braucht das Nachbehandlungssystem nicht von außen gekühlt zu werden, da es seinen Betriebstemperaturbereich nicht überschreitet.
Der Betrieb eines selbstzündenden Verbrennungsmotors mit Zündüberspringungssteuerung und Deaktivierung der übersprungenen Zylinder ermöglicht die Aufrechterhaltung einer hohen Abgastemperatur über einen großen Motorbetriebsbereich. Hohe Abgastemperaturen sind im Allgemeinen vorteilhaft für einen Partikelfilter (104 in 1A und 1B), der Teil eines Nachbehandlungssystems sein kann. Wird der Partikelfilter 104 auf einer hohen Temperatur gehalten, fördert dies die Oxidation der im Filter abgefangenen Rußpartikel.
Bei einigen Partikelfiltern 104 muss die Temperatur regelmäßig auf etwa 500 bis 600°C erhöht werden, um den auf dem Filter angesammelten Ruß zu entfernen, damit der Filter wieder funktionieren kann. Dieses aktive Temperaturmanagement ist sehr verbrauchsintensiv. Auch wenn der Reinigungs-/Regenerierungsprozessje nach Filtergröße alle 200 bis 400 Meilen durchgeführt werden muss, kann der Gesamtnachteil für den Kraftstoffverbrauch erheblich sein. Die Notwendigkeit einer Regeneration, bei der der Partikelfilter 104 erhitzt wird, um den im Filter abgefangenen Ruß vollständig zu oxidieren und so den Filter zu reinigen, kann durch den Zündüberspringungsbetrieb verringert werden oder entfallen. Beim Zündüberspringungsbetrieb kann der Partikelfilter allgemein mit einer höheren Temperatur betrieben werden, wodurch sich die Geschwindigkeit der Rußansammlung verringert und der Zeitraum zwischen den Reinigungszyklen verlängert wird. In einigen Fällen kann die Zündüberspringungssteuerung verwendet werden, um die Temperatur des Abgasstroms vorübergehend absichtlich zu erhöhen, um den Partikelfilter 104 in einem aktiven Regenerationsprozess zu reinigen. Ein solches Reinigungsverfahren ist kraftstoffsparender als Reinigungsverfahren, bei denen unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Abgasstrom eingeleitet werden.
5 zeigt die Abgastemperatur im Abgaskrümmer in Abhängigkeit von der Motorbetriebslast für einen repräsentativen aufgeladenen Selbstzündungsmotor, der bei 1250 U/min mit Zündüberspringungssteuerung betrieben wird. Die 5 ist der 4 ähnlich, nur dass die übersprungenen Zylinder nicht deaktiviert sind, sondern Luft ohne zusätzlichen Kraftstoff pumpen (Modus 2). Die verschiedenen Kurven 510a bis 510j stellen den Betrieb bei unterschiedlichen Zündanteilen dar. Die Bezugszeichen 510a bis 510j stehen für die gleichen Zündanteile wie in 4 dargestellt. Die Kurve 510j, die dem Betrieb mit einem Zündanteil von eins entspricht, ist identisch mit der Kurve 410j und der Kurve 280. Dies ist der Betriebsmodus zwei, wie oben beschrieben. Der schattierte Bereich 270 ist identisch mit dem in 2 und 4 gezeigten Bereich und stellt die Abgastemperatur dar, die erforderlich ist, um ein Element im Nachbehandlungssystem in seinen Betriebstemperaturbereich zu erhitzen. Aus 5 ist ersichtlich, dass der Betrieb im Modus zwei ohne Zufuhr von Kraftstoff zu den übersprungenen Zylindern den Bereich der zulässigen stationären Betriebszustände im Vergleich zur Zündung aller Zylinder (wie in 2 dargestellt) kaum erweitert. Der Betrieb einiger ausgelassener Zylinder im Modus 2 (Pumpen) und einiger ausgelassener Zylinder im Modus 1 (deaktiviert) kann in einigen Fällen zur Steuerung der Abgastemperatur nützlich sein.
Zwei Betriebsbereiche, in denen die Zündüberspringungssteuerung besonders nützlich ist, sind das Anlassen und der Betrieb bei geringer Last, in dem ein Selbstzündungsmotor normalerweise sehr mager läuft. Dies liegt daran, dass der Kraftstoffdurchsatz aufgrund der geringen Last sehr niedrig ist. Bei den meisten älteren Selbstzündungsmotoren kann der Luftstrom nicht weiter reduziert werden, da diese Motoren im Allgemeinen keine Drosselklappe haben. Daher kann die Abgastemperatur manchmal zu niedrig für eine wirksame NO_x-Umwandlung im Katalysator sein. Bei einigen Lösungen des Standes der Technik wird Kohlenwasserstoff in das Abgassystem eingespritzt, um zusätzliche Wärme im Abgassystem zu erzeugen und ein oder mehrere Nachbehandlungselemente in ihrem gewünschten Betriebstemperaturbereich zu halten. Dieses Steuerungsverfahren geht zu Lasten der Kraftstoffeinsparung. Der Einsatz der Zündüberspringungssteuerung kann diese Kohlenwasserstoffeinspritzung überflüssig machen oder ihre Notwendigkeit mindestens erheblich reduzieren.
6 zeigt die Temperatur eines Nachbehandlungselements 606 während des Kaltstarts und eines Teils eines Fahrzyklus eines Selbstzündungsmotors nach dem Stand der Technik. Die Abbildung zeigt auch die Anspringtemperatur 602, die Temperatur, bei der sich einige Kohlenwasserstoffe im Abgasstrom selbst entzünden, und die untere Grenze des effektiven Betriebsbereichs des Nachbehandlungselements 604. In dieser Abbildung ist die Anspringtemperatur mit 150°C und der untere Betriebsbereich der Nachbehandlung mit 200°C angegeben; diese Werte sind jedoch nur repräsentativ und können in der Praxis größer oder kleiner sein.
Der Fahrzyklus beginnt mit dem Nachbehandlungselement bei einer Umgebungstemperatur, es werden 20°C angenommen. Das Nachbehandlungselement erreicht zum Zeitpunkt t1 die Anspringtemperatur. Erst nach dieser Zeit kann die Einspritzung von Kohlenwasserstoffen in den Abgasstrom die Temperatur eines Nachbehandlungselements erhöhen. Die Temperatur des Nachbehandlungselements steigt weiter an, bis sie zum Zeitpunkt t2 ihren effektiven Betriebsbereich erreicht. Vor dem Zeitpunkt t2 ist das Nachbehandlungselement nicht in der Lage, Schadstoffe aus dem Abgasstrom zu entfernen. Das Nachbehandlungselement entfernt die Schadstoffe bis zum Zeitpunkt t3, der einen längeren Niedriglastabschnitt des Fahrzyklus darstellt. In der Zeit zwischen t3 und t4 liegt das Nachbehandlungselement unterhalb seines Betriebsbereichs und kann die Schadstoffe nicht wirksam entfernen.
Zur Verringerung der Emissionen ist es wünschenswert, die Anlaufzeit zu verkürzen, bis das Nachbehandlungselement seine Betriebstemperatur erreicht, und ein Absinken des Nachbehandlungselements unter seine Betriebstemperatur bei Niedriglastzuständen zu reduzieren oder zu verhindern. 7 zeigt einen repräsentativen Fahrzyklus entsprechend der aktuellen Beschreibung. Die Temperatur des Nachbehandlungselements nach dem Stand der Technik ist als gestrichelte Linie 606 dargestellt, die mit der in 6 gezeigten Nachbehandlungstemperatur identisch ist. Die Anspringtemperatur 602 und die untere Grenze der Betriebstemperatur des Nachbehandlungselements 604 sind wie in 6 dargestellt. Die Kurve 608 zeigt die Temperatur des Nachbehandlungselements. Die Zeit, die das Nachbehandlungselement benötigt, um seine Betriebstemperatur zu erreichen, wurde von t2 auf t2' verkürzt. Außerdem wird das Nachbehandlungselement in der verlängerten Niedriglastphase zwischen t3 und t4 innerhalb seines effektiven Betriebsbereichs gehalten. Die Motorsteuereinrichtung kann die Temperatur des Nachbehandlungselements etwas über dem minimalen Betriebstemperaturbereich halten, um einen Puffer über diesem Wert aufrechtzuerhalten. Die Aufrechterhaltung eines Puffers hilft zu verhindern, dass die Temperatur des Nachbehandlungselements unter den Betriebsbereich fällt, falls die Motorlast weiter reduziert wird. Die Motoremissionen über den Fahrzyklus sind daher bei Verwendung der vorliegenden Beschreibung, wie in 7 gezeigt, gegenüber dem in 6 gezeigten Stand der Technik geringer.
Verschiedene Komponenten und/oder Betriebsparameter des Motors und des Abgassystems können so konfiguriert sein, dass Abgasdurchsatz und Temperatur während bestimmter Betriebszeiten optimiert werden, z.B. wenn sich der Motor in einer Aufwärmphase (d.h. nach einem Kaltstart) oder einer Warmhaltephase (d.h. während der Verzögerung oder bei längerem Leerlauf) befindet. Gemäß einer Ausführungsform kann die Technik der vorliegenden Beschreibung Systeme und Verfahren zur Optimierung des Abgasstroms/der Abgastemperatur umfassen, wie sie in 8 und 9 dargestellt sind.
Während des Aufwärmens des Motors, bei dem eine schnelle Erwärmung erwünscht ist, um die Katalysatortemperatur so schnell wie möglich zu erhöhen, wird der Wärmefluss idealerweise maximiert. Dementsprechend kann eine Erhöhung der Auspufftemperatur allein keine schnelle Erwärmung gewährleisten. Vielmehr ist die Maximierung des Wärmeflusses durch die Optimierung der Abgastemperatur und des Abgasdurchsatzes entscheidend. Bei Betrieben und Motoren mit dynamischer Zündüberspringung (DSF) geht ein Anstieg der Abgastemperatur im Allgemeinen mit einer Verringerung des Abgasdurchsatzes einher. Infolgedessen ist die Abgasenthalpie möglicherweise nicht ideal. Daher ist es wichtig, dass der DSF-/Steuereinrichtungs-Algorithmus zusammen mit anderen Parametern wie derAGR-Rate, dem Ladedruck im Ansaugkrümmer usw. eine Dichte des Zündanteils (FF) wählt, die die Enthalpie und nicht nur die Abgastemperatur während der Aufwärmphase maximiert.
Während der Warmhaltephasen wird die Wärme im Allgemeinen aus dem Katalysator an das Abgas abgegeben. Um Wärme zu speichern und die Temperatur im Katalysator aufrechtzuerhalten, wird der Wärmefluss idealerweise minimiert. Ein Fahrzeugbetrieb, der den Wärmefluss verringert, ist unter anderem die Abschaltung aller Zylinder (z.B. DCCO). Bei der Anwendung von Motoren mit magerer Verbrennung oder Dieselmotoren mit Turboladersystem ist die Zylinderabschaltung jedoch unter Umständen nicht praktikabel, da bei bestimmten Betriebszuständen eine Mindestgeschwindigkeit der Turbine erforderlich ist. Daher ist es wichtig, ein Ansaugverhältnis zu wählen (entweder mit Kraftstoffzufuhr/Zündung oder ohne Kraftstoffzufuhr oder mit einer Kombination aus beidem), um die Abgastemperatur und den Abgasdurchsatz zu optimieren, damit der Wärmefluss minimiert wird.
8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines repräsentativen Prozesses 300 zur Optimierung von Abgasdurchsatz und Temperatur während derAufwärm- und der Warmhaltephase. 9 ist ein schematisches Diagramm eines Abgasströmungssystems 400 zur Optimierung von Abgasdurchsatz und Temperatur gemäß dem in 8 beschriebenen Optimierungsprozess 300. In einigen Ausführungsformen ist eine Steuereinrichtung 420 mit dem Motor 402 gekoppelt und so konfiguriert, dass sie Befehle an eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs oder des Abgassystems sendet und/oder Daten von diesen empfängt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Abgasrückführungssystem (AGR) 410, ein Ladeluftkühlersystem 412, ein Turboladersystem 414, ein Nachbehandlungssystem (A/T) 418 und Unterkomponenten (z.B. katalytische Konverter, Ansaugkrümmer 406, Abgaskrümmer 408) und Sensoren, die darin integriert oder damit gekoppelt sind. Der Motor 402 ist in 9 als Sechs-Zylinder-Motor 404 dargestellt. Es sind jedoch auch andere Motorkonfigurationen denkbar. Darüber hinaus können das Nachbehandlungssystem (A/T) 418 und das System 400 aus 9 die Konfigurationen oder Komponenten, wie sie in dem Abgassystem 103a aus 1A oder dem Abgassystem 103b aus 1B beschrieben sind, oder in Variationen davon umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die Steuereinheit 420 einen Prozessor, Speicher und eine Speicherungseinrichtung für die Ausführung von Anwendungssoftwarecode zur Implementierung des Verfahrens 300 aus 8. Die Steuereinrichtung 420 kann die in 3 gezeigte Steuereinrichtung 200 zur Steuerung des Zündüberspringungsbetriebs des Motors umfassen oder einschließen. Allgemein umfasst die vorliegende Beschreibung vielfältige Steuerungsverfahren und -module zur Durchführung der hier beschriebenen Vorgänge und ist nicht auf das beschränkt, was in den Figuren ausdrücklich dargestellt ist. Beispielsweise können Algorithmen und zugehörige Codes/Software zur Ausführung des Optimierungsrahmens oder Verfahrens 300 der vorliegenden Beschreibung in einer der Steuereinrichtungen des Motors 402 (z.B. ECU) oder in anderen Steuereinheiten oder zugehörigen Verarbeitungsmodulen und/oder -logiken implementiert sein. Darüber hinaus können Algorithmen und/oder Verarbeitungsschritte, die im Prozess 300 enthalten sind, in separaten Algorithmen und/oder Steuerungen verarbeitet werden. Die von der Steuereinheit 420 empfangenen Daten (z.B. Sensordaten) oder die von ihr ausgegebenen Daten (z.B. Steuerdaten) können an eine oder mehrere zwischengeschaltete Steuereinrichtungen oder Komponenten weitergeleitet oder von diesen verarbeitet werden. Beispielsweise können Daten, die an das Nachbehandlungssystem (A/T) 418 gesendet oder aus diesem empfangen werden, von der in 3 dargestellten Nachbehandlungs-Überwachungseinrichtung 202 aufbereitet werden.
Beispiele für die Daten, die von der Steuereinrichtung 420 zur Durchführung des Abgasoptimierungsprozesses 300 aus 8 empfangen werden, umfassen unter anderem, jedoch nicht ausschließlich, Daten in Form der Daten 432 am oder in Bezug auf den Ansaugkrümmer (z.B. Ladetemperatur T_chg, Ladedruck P_chg, Ladungsdurchsatz M_chg usw.), Daten 434 am oder in Bezug auf das AGR-System 410 (z.B. M_egr), Daten 436 am oder im Zusammenhang mit dem Motor 402 (z.B. Motordrehzahl (ω_eng), Zünddichte usw.), Daten 438 am oder im Zusammenhang mit dem Nachbehandlungssystem (A/T) 418 und insbesondere Abgaseigenschaften 440 vor dem Nachbehandlungssystem (A/T) 418 (z.B. Abgastemperatur T_exh, Abgasdurchsatz M_exh usw.) oder Abgaseigenschaften 438 am Nachbehandlungssystem (A/T) 418 (z.B. KatalysatortemperaturT_cat). Weitere Daten können von anderen Stellen/Komponenten erfasst werden, z.B. Daten mit Bezug auf Fahrereingaben (z.B. Drehmomentanforderungen), Abgase im Endrohr422, Frischlufteinlass 416 oder andere Stellen des Turboladersystems 414, den Ladeluftkühler 412 usw.
Die Daten 432, 434, 436, 438, 440 oder andere Daten, die in die Steuereinrichtung 420 eingegeben werden, können Daten umfassen, die von Sensoren erzeugt werden (z.B. Temperatur, Druck, Gasdurchsatz, chemische Zusammensetzung usw.) oder anderweitig aus Nachschlagetabellen, Simulationsroutinen oder Extrapolation/Interpolation oder anderen Berechnungen abgeleitet werden.
Unter Bezugnahme auf 8 nimmt das Optimierungsverfahren oder der Prozess 300 zunächst eine Bewertung der Betriebszustände des Abgassystems vor, z.B. wird erkannt, ob sich das Abgassystem in einerAufwärm- oder Warmhaltephase befindet. Dies wird durch die Erfassung/Messung von Eingangsdaten des Abgassystems (z.B. Abgastemperatur T_exh, Katalysatortemperatur T_cat) in Schritt 302 und eine Auswertung der Eingangsdaten des Abgassystems in Schritt 304 erreicht. In einer Ausführungsform beinhaltet Schritt 304 die Bestimmung der folgenden Zustände, die angeben, ob Aufwärm- oder Warmhaltezustände vorliegen: 1) Katalysatortemperatur über einem vorbestimmten Wert, z.B. T_cat > 200°C; und die Differenz zwischen der Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur liegt über/unter einem Schwellenwert T_thrsh, z.B. |T_exh- T_cat| < T_thrsh. Falls ja (d.h. T_cat > 200°C und |T_exh- T_cat| < T_thrsh), setzt der Prozess in Schritt 306 die Erfassung/Messung von Daten fort und kehrt zu Schritt 302 zurück. Falls nicht (d.h. T_cat < 200°C oder |T_exh- T_cat| > T_thrsh), werden in Schritt 308 Berechnungen zur Maximierung oder Minimierung des Wärmeflusses in den Schritten 314 bzw. 310 durchgeführt. Es wird angemerkt, dass in den Schritten 304 und 314 der Wert von 200°C verwendet wird, um die Kaltstartperiode zu definieren, er sollte jedoch nur als repräsentativer Wert betrachtet werden und kann in der Praxis größer oder kleiner sein. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Parameter verwendet werden.
Der Wärmefluss, d.h. die pro Flächeneinheit und Zeiteinheit übertragene Wärme, kann mithilfe von Gleichung 1 berechnet werden: $W \ddot{a} rmefluss = m_{exh} Cp (T_{exh} - T_{cat})$
wobei m_exh der Abgasdurchsatz ist, Cp die spezifische Wärme des Abgases ist, T_exh die Abgastemperatur ist und T_cat die Temperatur des Katalysatorbetts für die Abgasnachbehandlung ist. In einer Ausführungsform wird T_cat über einen Sensor 115 am reduzierenden katalytischen Konverter 113 gemessen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Katalysatortemperatur T_cat auch von anderen Stellen innerhalb des Nachbehandlungssystems 418 aus erfasst oder aus Nachschlagetabellen, Modellierungen oder anderen Berechnungsroutinen abgeleitet werden kann.
Wenn T_exh > T_cat (Schritt 314) und T< 200°C, wird Wärme aus dem Abgas auf den Katalysator übertragen, um das Abgasnachbehandlungssystem aufzuwärmen. Das Ziel bei diesem Betriebszustand ist es, die Katalysatortemperatur so schnell wie möglich zu erhöhen. Für eine schnelle Erwärmung beim Kaltstart wird daher Gleichung 1 angewandt, um den Wärmefluss zu maximieren. Wenn T_exh < T_cat, wird die Wärme aus dem Katalysator an die Abgase abgegeben, wodurch sich das Abgasnachbehandlungssystem abkühlt. Da dies insbesondere im Hinblick auf optimale Nachbehandlungsbedingungen unerwünscht sein kann, wird Gleichung 1 angewandt, um die Wärmeabgabe durch Minimierung des Wärmeflusses zu verlangsamen.
Somit kann der Wärmefluss optimiert werden (z.B. Maximierung oder Minimierung von m_exh*T_exh), indem m_exh und T_exh gesteuert werden, da Cp konstant ist. In Bezug auf die Steuerung von m_exh kann die Gleichung 2 angewendet werden: $m_{exh} = m_{chg} - m_{egr}$
wobei m_egr der AGR-Gasdurchsatz und m_chg der Ladungsdurchsatz ist.
m_chg kann über die folgende Geschwindigkeits-Dichte-Gleichung 3 geschätzt werden: ${\dot{m}}_{c h g} = \frac{η_{v o l u m e t r i s c h} ω_{e n g} ρ H u b r a u m}{60 \times 2} = \frac{η_{v o l u m e t r i s c h} ω_{e n g} H u b r a u m}{60 \times 2} \frac{1000 P_{c h g}}{R (273 + T_{c h g})}$
wobei ω_eng die Motordrehzahl ist, r die Gasdichte des Ladungsstroms ist, η_volumetrisch der volumetrische Wirkungsgrad des Motors ist, P_chg der Ladedruck am Ansaugkrümmer ist, T_chg die Ladetemperatur am Ansaugkrümmer ist, R die ideale Gaskonstante ist und Hubraum = Motorhubraum × Zünddichte (Zündanteil FF) ist.
Durch Kombination der Gleichungen 2 und 3 erhält man Gleichung 4: $m_{e x h} = \frac{η_{v o l u m e t r i s c h} ω_{e n g} H u b r a u m}{60 \times 2} \frac{1000 P_{c h g}}{R (273 + T_{c h g})} - m_{e g r}$
Dementsprechend können Berechnungen aus der Maximierung des Wärmeflusses in Schritt 314 unter Eingabe von Daten 432, 434, 436, 438, 440 oder anderen Dateneingaben in die Steuereinrichtung 420 erfolgen, um den Ladungsstrom zu erhöhen, indem Befehle (Schritt 316) an eine oder mehrere der Motor- oder Abgassystemkomponenten gesendet werden, um eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen zu beeinflussen: Erhöhung des Zündanteils FF, Erhöhung des Ladedrucks P _chg, Erhöhung der Leerlaufdrehzahl ω_eng, Verringerung des AGR-Durchflusses m_egr oder Verringerung der Ladungstemperatur (T_chg) über den AGR-Kühler 410 und/oder den Ladeluftkühler 412 usw. In einer Ausführungsform wird beispielsweise der Zündanteil FF erhöht, um den Hubraum des Motors und damit den Ladungsstrom zu vergrößern. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Arbitrierungsroutinen oder -logiken in Schritt 314 (oder Schritt 310) zusammen mit den Eingabedaten implementiert werden, um zu bestimmen, ob eine oder mehrere der oben genannten Optionen umgesetzt werden. Ist die Drehmomentanforderung beispielsweise von der Art, dass der Zündanteil während der Aufwärmphase abnehmen soll, können andere Optionen gewählt werden (z.B. Erhöhung des Ladedrucks P _chg, Erhöhung der Leerlaufdrehzahl ω_eng, Verringerung des AGR-Durchflusses m_egr usw.).
Alternativ oder in Verbindung mit der Erhöhung des Ladungsstroms können Berechnungen aus dem Schritt 314 zur Maximierung des Wärmeflusses mit Eingabedaten für die Steuereinrichtung 420 durchgeführt werden, um den Ladungsstrom zu erhöhen, indem Befehle (Schritt 316) an den Motor oder eine oder mehrere Komponenten gesendet werden, die einen Anstieg der Abgastemperatur über Wärmemanagementtechniken bewirken (zusätzlicher Kraftstoff, falls erforderlich), was die Zeitsteuerung der Ventile des Motors402 umfassen kann, um den Beginn der Haupteinspritzungzu verzögern (z.B. Abgabe von Kraftstoff spät im Zyklus, wie oben beschrieben) und/oder eine oder mehrere Nacheinspritzungen hinzuzufügen.
Darüber hinaus können Berechnungen aus dem Schritt der Minimierung des Wärmeflusses in 310 mit der Eingabe von Daten 432, 434, 436, 438, 440 oder anderen Daten durchgeführt werden, die in die Steuereinrichtung420 eingegeben werden, um den Ladungsstrom zu verringern, indem Befehle (Schritt 312) an eine oder mehrere Komponenten des Motors oder des Abgassystems gesendet werden, um einen oder mehrere der folgenden Punkte zu beeinflussen: Verringerung des Zündanteils FF, Verringerung des Ladedrucks P _chg, Verringerung der Leerlaufdrehzahl ω_eng, Erhöhung des AGR-Durchflusses m_egr oder Erhöhung der Ladungstemperatur (T_chg) über den AGR-Kühler 410 und/oder den Ladeluftkühler 412 usw. In einer Ausführungsform wird beispielsweise der Zündanteil FF verringert, um den Hubraum des Motors und damit den Ladungsstrom zu reduzieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Begriffe „maximieren“ und „minimieren“ in Bezug auf die Beeinflussung des Wärmeflusses im Abgas- oder Nachbehandlungssystem auf eine ideale Rate/einen idealen Wärmefluss für die Erwärmung bzw. die Minimierung der Wärmeabgabe an den/vom Katalysator beziehen, wobei aus praktischer Sicht andere Betriebseingaben mit Bezug auf den Motor, wie z.B. die Kraftstoffeffizienz, der Drehmomentbedarf usw. berücksichtigt werden. Beispielsweise könnten zwar alle Schritte, d.h. die Verringerung des Zündanteils FF, die Verringerung des Ladedrucks P _chg, die Verringerung der Leerlaufdrehzahl ω_eng, die Erhöhung des AGR-Durchflusses m_egr und die Erhöhung der Ladetemperatur (T_chg), so umgesetzt werden, dass ein minimaler Wärmefluss abgeführt wird, eine solche Umsetzung wäre jedoch in vielen Situationen nicht praktisch. Dementsprechend wird mit den in Schritt 310 oder 314 implementierten Arbitrierungsroutinen bestimmt, welcher der möglichen Betriebsbefehle verwendet werden soll (z.B. Änderung von FF vs. Änderung des Ladedrucks P_chg), sowie oder in Kombination mit dem Grad oder der Größe der Änderung (z.B. wie stark die Zünddichte geändert wird). Darüber hinaus kann die Steuerung des Wärmeflusses dynamisch oder adaptiv erfolgen, so dass die Rate abnimmt, wenn sie sich dem Zustand T_exh = T_cat nähert, oder am höchsten ist, wenn T_exh >> T_cat ist.
Nachdem in den Schritten 316 und 312 Befehle an den Motor und/oder die entsprechenden Komponenten gesendet wurden, wird der Prozess in Schritt 302 wiederholt, um weiter zu bewerten, ob die Betriebsbedingungen des Abgassystems erfüllt sind.
Die Technik der vorliegenden Beschreibung wurde in erster Linie im Zusammenhang mit der Steuerung der Zündung von Viertakt-Kolbenmotoren mit Selbstzündung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen beschrieben. Bei der Selbstzündung kann eine geschichtete Kraftstoffladung, eine homogene Kraftstoffladung, eine teilweise homogene Ladung oder eine andere Art von Kraftstoffladung verwendet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Zündüberspringungs-Ansätze sehr gut für den Einsatz in vielfältigen Verbrennungsmotoren geeignet sind. Dazu gehören Motoren für praktisch jede Art von Fahrzeug- einschließlich Autos, Lastwagen, Boote, Baumaschinen, Flugzeuge, Motorräder, Roller usw. - und praktisch jede andere Anwendung, die das Zünden von Arbeitskammern beinhaltet und einen Verbrennungsmotor verwendet.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen verwendet das Zündzeitpunkt-Bestimmungsmodul eine Sigma-Delta-Umwandlung. Obwohl davon ausgegangen wird, dass Sigma-Delta-Wandler für diese Anwendung sehr gut geeignet sind, wird angemerkt, dass die Wandler vielfältige Modulationsverfahren verwenden können. Zum Beispiel können zur Lieferung des Antriebsimpulssignals Pulsbreitenmodulation, Pulshöhenmodulation, CDMA-orientierte Modulation oder andere Modulationsverfahren verwendet werden. In einigen der beschriebenen Ausführungsformen werden Wandler erster Ordnung eingesetzt. In anderen Ausführungsformen können jedoch auch Wandler höherer Ordnung oder eine Bibliothek vorgegebener Zü ndfolgen verwendet werden.
In anderen Ausführungsformen der Beschreibung kann die Steuerung der Einlass- und Auslassventile komplexer sein als eine einfache binäre Steuerung, d.h. offen oder geschlossen. Es können Ventile mit variablem Hub verwendet werden und/oder die Ventilöffnungs- und -schließzeiten können durch einen Nockenwellenversteller eingestellt werden. Diese Aktuatoren ermöglichen eine begrenzte Steuerung der Zylinder-MAC ohne Verwendung einer Drosselklappe und die damit verbundenen Pumpverluste. Vorteilhafterweise ermöglicht die Einstellung der Zylinder-MAC die Steuerung der Kraftstoff-Luft-Stöchiometrie für eine feste Kraftstoffmenge. Die Verbrennungsbedingungen können dann optimiert werden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern oder um in den Verbrennungsabgasen die gewünschten Zustände, d.h. Sauerstoffgehalt, Temperatur usw., zu schaffen.
Obwohl nur einige Ausführungsformen der Beschreibung ausführlich beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung in vielen anderen Formen umgesetzt werden kann, ohne den Gedanken oder Umfang der Beschreibung zu verlassen. So werden in den Zeichnungen und den Ausführungsbeispielen manchmal bestimmte Anordnungen, Arbeitsschritte und Steuermechanismen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Mechanismen und Schritte je nach Bedarf geändert werden können, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. So kann beispielsweise die in 1A und 1B dargestellte Reihenfolge der verschiedenen Abgasnachbehandlungselemente im Abgasweg geändert werden. Es können zusätzliche Nachbehandlungsvorrichtungen verwendet und die Funktionen einzelner Elemente in einem einzigen Element kombiniert werden. Die Verfahren zur Durchführung der Oxidations- und Reduktionsschritte können geändert werden; so kann beispielsweise anstelle des SCR-Katalysators eine magere NO_x-Falle verwendet werden. Bei der Verwendung eines NO_x-Adsorbers / einer NO_x-Falle für einen Motor mit magerer Verbrennung muss der Motor regelmäßig, z.B. alle ein bis zwei Minuten, leicht fett laufen, um das NO_x aus dem Adsorber zu spülen und die NO_x-Falle zu regenerieren. Da Selbstzündungsmotoren in der Regel unter sehr mageren Bedingungen arbeiten, vor allem bei geringer Last, erfordert der Betrieb des Motors unter fetten Bedingungen zum Reinigen der NO_x-Falle eine erhebliche Verringerung des Luftstroms durch den Motor, was normalerweise eine Drosselung des Motorluftstroms erfordert. Auch der Regenerationsprozess ist sehr kraftstoffintensiv. Im Vergleich zu den herkömmlichen Reinigungsverfahren für NO_x-Fallen wäre eine Reinigung der NO_x-Falle mithilfe der Zündüberspringungssteuerung sehr vorteilhaft. Durch den Einsatz der Zündüberspringungssteuerung kann die Notwendigkeit einer Drosselklappe im Motor entfallen, was die Kosten und die Komplexität des Motors verringert. In anderen Ausführungsformen kann die Zündüberspringungssteuerung in Verbindung mit einer Motordrossel zur Steuerung der Abgastemperatur verwendet werden.
Die Beschreibung bezieht sich zwar allgemein auf einen Selbstzündungsmotor, kann aber auch in Motoren mit Fremdzündung, Fremdzündungsunterstützung oder Glühkerzenzündung verwendet werden. Die Beschreibung ist insbesondere auf Fremdzündungsmotoren mit magerer Verbrennung anwendbar. Diese Motoren weisen einige der Eigenschaften von Selbstzündungsmotoren auf, wie z.B. Sauerstoff im Abgasstrom, so dass sie im Allgemeinen kein herkömmliches Nachbehandlungssystem mit Drei-Wege-Katalysator verwenden können. In einigen Ausführungsformen müssen nicht alle Zylinder eines Motors deaktivierbar sein. Hierdurch können die Kosten im Vergleich zu einem Motor, bei dem alle Zylinder deaktivierbar sind, gesenkt werden. In einigen Ausführungsformen werden einer oder mehrere der beschriebenen Vorgänge neu geordnet, ersetzt, geändert oder entfernt. Die vorliegenden Ausführungsformen sollten daher als illustrativ und nicht als einschränkend betrachtet werden, und die Beschreibung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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Claims

Steuereinrichtung zum Betreiben eines Motors mit magerer Verbrennung mit einem Abgassystem, das mit dem Motor mit magerer Verbrennung gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum: Empfangen von Daten mit Bezug auf einen Betriebszustand mindestens entweder des Abgassystems oder des Motors; Erkennen eines Aufwärmzustands oder eines Warmhaltezustands auf der Grundlage der empfangenen Daten und Ändern eines Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand oder Warmhaltezustand erkannt wird.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die empfangenen Daten eine Katalysatortemperatur T_cat innerhalb eines Nachbehandlungssystems des Abgassystems und eine Abgastemperatur T_exh des Abgases vor dem Nachbehandlungssystem umfassen.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Erkennen eines Aufwärmzustands oder eines Warmhaltezustands ein Berechnen einer Differenz zwischen der Katalysatortemperatur T_cat und der Abgastemperatur T_exh und ein Vergleichen der Differenz mit einem Schwellenwert umfasst.
Steuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ändern eines Abgasdurchsatzes ein Erhöhen eines Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und ein Verringern des Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird, umfasst.
Steuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ändern eines Abgasdurchsatzes ein Erhöhen eines Ladungsstroms zum Motor, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und ein Verringern eines Ladungsstroms zum Motor, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird, umfasst.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Verändern eines Ladedrucks P_chg für den Motor umfasst.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Ändern einer Leerlaufdrehzahl ω_eng des Motors umfasst.
Steuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Ändern eines Abgasrückführungs- (AGR-) Durchflusses m_egr des Abgassystems umfasst.
Steuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms das Ändern eines Zündanteils FF des Motors umfasst; wobei der Zündanteil (FF) durch selektives Zünden oder Überspringen eines oder mehrerer Arbeitszyklen der einen oder mehreren Arbeitskammern bestimmt wird, wobei eine der einen oder mehreren Arbeitskammern während eines Motorzyklus gezündet und dann während des nächsten Motorzyklus übersprungen und während des nächsten Motorzyklus selektiv übersprungen oder gezündet werden kann.
Steuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinrichtung ferner konfiguriert ist zum: Erhöhen einer Abgasstromtemperatur des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und Verringern des Abgasstroms des Abgassystems, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Motors mit magerer Verbrennung mit einem Abgassystem, das mit dem Motor mit magerer Verbrennung gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Daten mit Bezug auf einen Betriebszustand mindestens entweder des Abgassystems oder des Motors; Erkennen eines Aufwärmzustands oder eines Warmhaltezustands auf der Grundlage der empfangenen Daten und Ändern eines Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand oder Warmhaltezustand erkannt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die empfangenen Daten eine Katalysatortemperatur T_cat innerhalb eines Nachbehandlungssystems des Abgassystems und eine Abgastemperatur T_exh des Abgases vor dem Nachbehandlungssystem umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Erkennen eines Aufwärmzustands oder eines Warmhaltezustands ein Berechnen einer Differenz zwischen der Katalysatortemperatur T_cat und der Abgastemperatur T_exh und ein Vergleichen der Differenz mit einem Schwellenwert umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Ändern eines Abgasdurchsatzes ein Erhöhen eines Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und ein Verringern des Abgasdurchsatzes des Abgassystems, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird, umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Ändern eines Abgasdurchsatzes ein Erhöhen eines Ladungsstroms zum Motor, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und ein Verringern eines Ladungsstroms zum Motor, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Ändern eines Ladedrucks P_chg für den Motor umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Ändern einer Leerlaufdrehzahl ω_eng des Motors umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms ein Ändern eines Abgasrückführungs- (AGR-) Durchflusses m_egr des Abgassystems umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Erhöhen oder Verringern des Ladungsstroms das Ändern eines Zündanteils FF des Motors umfasst; wobei der Zündanteil (FF) durch selektives Zünden oder Überspringen eines oder mehrerer Arbeitszyklen der einen oder mehreren Arbeitskammern bestimmt wird, wobei eine der einen oder mehreren Arbeitskammern während eines Motorzyklus gezündet und dann während des nächsten Motorzyklus übersprungen und während des nächsten Motorzyklus selektiv übersprungen oder gezündet werden kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Verfahren ferner konfiguriert ist zum: Erhöhen einer Abgasstromtemperatur des Abgassystems, wenn ein Aufwärmzustand erkannt wird, und Verringern des Abgasstroms des Abgassystems, wenn ein Warmhaltezustand erkannt wird.
Verfahren zum Steuern derTemperatureines Abgasnachbehandlungssystems in einem Dieselmotor mit einer Mehrzahl von Brennkammern, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Überwachen eines Abgassystemparameters, der eine Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems des Dieselmotors anzeigt; Bestimmen eines Betriebs-Zündüberspringungs-Zündanteils, der geeignet ist, eine bestimmte Motorleistung zu liefern, wobei der Zündüberspringungs-Zündanteil mindestens teilweise auf der Grundlage des überwachten Abgassystemparameters bestimmt wird und mindestens teilweise ausgewählt wird, um zu bewirken, dass das Nachbehandlungssystem mindestens eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht, oder um die Temperatur des Nachbehandlungssystems innerhalb eines gewünschten Betriebsbereichs zu halten; Dirigieren des Zündüberspringungsbetriebs des Dieselmotors zu dem bestimmten Betriebs-Zündüberspringungs-Zündanteil, wobei während übersprungener Arbeitszyklen die zugehörigen Brennkammern deaktiviert werden, so dass während der übersprungenen Arbeitszyklen keine Luft durch die zugehörigen Brennkammern gepumpt wird, um dadurch eine Menge an Abgasen, die durch das Abgassystem strömt, im Vergleich zum Betrieb aller Brennkammern des Dieselmotors zu reduzieren, um die bestimmte Motorleistung zu liefern; und iteratives Einstellen des Betriebs-Zündüberspringungs-Zündanteils während des Betriebs des Motors auf der Grundlage von Änderungen des überwachten Abgassystemparameters, um die Betriebstemperatur des Nachbehandlungssystems auf einer Zielbetriebstemperatur zu halten oder um die Temperatur des Nachbehandlungssystems innerhalb eines gewünschten Betriebsbereichs zu halten.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der überwachte Abgassystemparameter mindestens eine Abgastemperatur oder eine gemessene Temperatur des Nachbehandlungssystems ist oder enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei das Nachbehandlungssystem ein Katalysator ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Zielbetriebstemperatur oder ein unteres Ende des gewünschten Betriebstemperaturbereichs mindestens etwa 200°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die gewünschte Betriebstemperatur im Bereich von 200°C bis 400°C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den aktiven Zylindern im Bereich von 20:1 bis 55:1 liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei der überwachte Abgassystemparameter ein Abgassauerstoffgehalt ist oder einen Abgassauerstoffgehalt enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei der überwachte Abgassystemparameter ein Abgas-NO_x-Gehalt ist oder einen Abgas-NO_x-Gehalt enthält.
Motorsystem, das Folgendes aufweist: einen Dieselmotor mit einer Mehrzahl von Brennkammern, wobei jede Brennkammer mindestens ein zugehöriges Einlassventil und mindestens ein zugehöriges Auslassventil hat; einen Katalysatorzur Reduzierung von Schadstoffen in einem Abgasstrom; einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, mindestens einen Parameter zu überwachen, der eine Temperatur des Abgasstroms anzeigt; eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist zum iterativen Empfangen des mindestens einen Parameters von dem Sensor und Steuern des Motors, um eine gewünschte Leistungzu liefern, während der Katalysator mindestens auf einer gewünschten Betriebstemperatur oder innerhalb eines gewünschten Betriebstemperaturbereichs gehalten wird, mindestens teilweise durch selektives Deaktivieren ausgewählter Brennkammern und Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in aktiven Brennkammern, um eine gewünschte Motorleistung zu liefern, wobei keine Luft durch die deaktivierten Brennkammern gepumpt wird.
Motorsystem gemäß Anspruch 29, wobei die Steuereinrichtung den Zündüberspringungsbetrieb des Dieselmotors so dirigiert, dass die gewünschte Motorleistung bereitgestellt wird, während der Katalysator mindestens auf der gewünschten Betriebstemperatur oder innerhalb des gewünschten Betriebstemperaturbereichs gehalten wird.
Motorsystem gemäß Anspruch 29 oder 30, wobei der Sensor mindestens entweder die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur erfasst.
Motorsystem gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei ein unteres Ende des gewünschten Betriebstemperaturbereichs mindestens etwa 200°C beträgt.
Motorsystem gemäß Anspruch 32, wobei die gewünschte Betriebstemperatur im Bereich von 200°C bis 400°C liegt.
Motorsystem gemäß einem der Ansprüche 29 bis 33, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den aktiven Zylindern im Bereich von 20:1 bis 55:1 liegt.
Motorsystem gemäß einem der Ansprüche 29 bis 34, wobei der Sensor einen Schadstoffgehalt im Abgasstrom erfasst.
Motorsystem gemäß einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei der Sensor mindestens entweder Sauerstoffgehalte oder NO_x-Gehalte erfasst.