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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Optimieren des Kraftstoffverbrauchs
einer Brennkraftmaschine mit Magerkonzept, insbesondere mit Benzindirekteinspritzung,
bei dem von einem Homogenbetrieb auf einen Magerbetrieb und umgekehrt
in Abhängigkeit
von Motorbetriebsparametern umgeschaltet wird.
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Ein
derartiges Verfahren ist in der
DE 100 43 690 A1 angegeben. Zur Bestimmung
des NO
x (Stickoxid)-Massenstroms werden
Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zugrundegelegt, wobei zwischen
einem Homogenbetrieb und einem Schichtbetrieb (Magerbetrieb) unterschieden
wird.
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Der
NOx-Rohmassenstrom ist zur Steuerung eines
NOx-Speicherkatalysators insbesondere bei Systemen
mit Benzindirekteinspritzung aber auch bei Dieselmo toren eine wesentliche
Eingangsgröße. Auch
Diagnosefunktionen einer Sensoreinrichtung und des Katalysators
stützen
sich auf den NOx-Rohmassenstrom. Üblicherweise
wird der NOx-Rohmassenstrom in Kennfeldern
abgelegt, welche z. B. über Drehzahl,
Last, Abgasrückführrate und
dem Lambdawert vor dem Katalysator angegeben sind. Der NOx-Rohmassenstrom (vor dem Katalysator) wird
für die
aktuelle Betriebsart bestimmt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorstehend
angegebenen Art bereitzustellen, mit dem unter Einhaltung möglichst
guter Abgaswerte eine Kraftstoffersparnis erreicht wird.
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Vorteile der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei
ist vorgesehen, dass während
des Homogenbetriebs parallel zu diesem eine Prädiktion des NOx-Rohmassenstroms
durchgeführt
wird, mit der festgestellt wird, ob ein erweiterter Magerbetrieb
bei akzeptablen Emissionswerten von Stickoxiden möglich ist.
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Dabei
wird, wie an sich üblich,
für die
aktuelle Betriebsart der NOx-Rohmassenstrom
bestimmt. Parallel dazu läuft
im Hintergrund eine Prädiktion
bzw. VorausNOx der anderen Betriebsarten
mit, deren NOx-Rohemissionen sich von denen der aktuellen Betriebsart
unterscheiden. Diese Prädiktion
des NOx-Rohmassenstroms gibt an, wie groß der NOx-Rohmassenstrom wäre, wenn in dem aktuellen Betriebspunkt,
der im Motorsteuergerät
insbesondere auf der Basis von Drehzahl und Moment vorliegt, in
der anderen Betriebsart gefahren würde. Ein wesentlicher Fall
ist dabei, dass die aktuelle Betriebsart der Homogenbetrieb und
die andere Betriebsart der Magerbetrieb (Schichtbetrieb) ist. im
Homogenbetrieb wird der Speicherkatalysator in an sich bekannter
Weise von darin gespeichertem NOx zur entleert (Regenerierung),
während
im Magerbetrieb NOx eingespeichert wird.
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die Information
des prädizierten NOx-Rohmassenstroms zur Freigabe bzw. Umschaltung
in eine andere Betriebsart oder auch für Diagnosezwecke genutzt werden
kann.
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Dabei
liegt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens darin, dass
bei Feststellen der Möglichkeit
des erweiterten Magerbetriebs in diesen mittels der Motorsteuerung
umgeschaltet wird. Durch den erweiterten Magerbetrieb wird in einen
zur Kraftstoffersparnis günstigen
Motorbetrieb übergegangen.
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Da
für die
Diagnosefunktion des Katalysators der Magerbetrieb wesentlich ist,
tragen für
die Zuverlässigkeit
und Genauigkeit der Diagnose die Maßnahmen bei, dass Information
des erweiterten Magerbetriebs einer Diagnosesteuerung zur weiteren
Auswertung zur Verfügung
gestellt wird.
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Zu
einer Optimierung des Motorbetriebs hinsichtlich einer Kraftstoffersparnis
tragen des Weiteren die Maßnahmen
bei, dass eine Adaption einer oberen und/oder unteren Temperaturschwelle
des Katalysators auf der Grundlage des erweiterten Magerbetriebs
vorgenommen wird.
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Ein
weiterer Vorteil im Hinblick auf einen Kraftstoff sparenden Motorbetrieb
ergibt sich dadurch, dass das Abkühlen des Katalysators infolge des
erweiterten Magerbetriebs dazu genutzt wird, in den normalen Magerbetrieb überzugehen.
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Für die Durchführung des
Verfahrens ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass die Prädiktion
des NOx-Rohmassenstroms während des
Homogenbetriebs auf der Grundlage von Drehzahl- und Lastwerten durchgeführt wird.
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Dabei
besteht eine für
die Genauigkeit der Prädiktion
günstige
Ausgestaltung darin, dass in die Prädiktion des NOx-Rohmassenstroms
zusätzlich auch
eine Abgasrückführrate und
Lambdawerte einbezogen werden, die ihrerseits anhand der Drehzahl- und
Lastwerte ermittelt werden.
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Die
Umschaltung in den erweiterten Magerbetrieb bzw. die Umsteuerung
zwischen den Betriebsarten kann dadurch verfeinert werden, dass
die Umschaltung aus dem Homogenbetrieb in den erweiterten Magerbetrieb
in Abhängigkeit
von der Einhaltung vorgegebener oder vorgebbarer absoluter Verbotskriterien
für den Übergang
von dem Homogenbetrieb in den Magerbetrieb erfolgt.
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Dabei
ist z.B. vorgesehen, dass die Verbotskriterien eine maximale Temperaturschwelle,
bei der der Katalysator kein NOx mehr umsetzen
kann, und/oder priorisierte Bedingungen umfassen.
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Als
höher priorisierte
Bedingungen können z.B.
Bauteilschutzfunktionen vorgegeben werden, die einen Homogenbetrieb
erfordern, wie z.B. Notlauf bei einem Lambdawert = 1. Auch eine
Erkennung des Katalysatorzustandes durch eine Diagnosefunktion der
Diagnosesteuerung als schlecht kann als Verbotskriterium zugrundegelegt
werden.
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Zusätzliche
Steuerungsmöglichkeiten
für die Betriebsart
werden dadurch ermöglicht,
dass dann, wenn von der Diagnosesteuerung ein Katalysatorzustand
als schlecht erkannt wird, der erweiterte Magerbetrieb bei entsprechender
Prädiktion
zur erneuten Überprüfung des
Katalysatorzustandes von der Motorsteuerung in Abhängigkeit
vorgegebener oder vorgebbarer Prüfkriterien
wieder zugelassen wird. Damit kann der erweiterte Magerbetrieb trotz Schlechterkennung
des Katalysators durch die Diagnosefunktion bei entsprechender Prädiktion
eingeschaltet werden, z.B. in Abhängigkeit von einer vorgegebenen
oder vorgebbaren Anzahl von Fahrzyklen, so dass die Funktionsfähigkeit
des Katalysators überprüft und eventuell
eine Korrektur der Diagnosedaten vorgenommen werden kann mit dem
Ziel, nach Möglichkeit
wieder im Magerbetrieb zu fahren und dadurch wieder einen z.B. wegen
Alterung eingeschränkten
Temperaturbereich, in dem der Katalysator das NOx umsetzen
kann, wieder zu erweitern.
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Mit
den angegebenen Maßnahmen
wird es ermöglicht,
insbesondere vom Homogenbetrieb in den Magerbetrieb auch in Situationen
zu wechseln, in denen dieser Wechsel bisher nicht von der Motorsteuerung
so vorgegeben wurde.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Fig. zeigt eine schematische Darstellung der Vorgehensweise zum
Feststellen, ob ein erweiterter Magerbetrieb möglich ist, und einen Übergang in
einen erweiterten Magerbetrieb.
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Wird
die Brennkraftmaschine gestartet (Schritt S1 ), wird von einer Motorsteuerung
zunächst der
Homogenbetrieb gewählt
(Schritt S2), da u.U. die Temperaturbedingungen für einen
Magerbetrieb noch nicht gegeben sind. In dem aktuellen Homogenbetrieb
wird, wie an sich üblich, überprüft, ob ein Temperaturbereich
für einen
Magerbetrieb vorliegt. Ist der Temperaturbereich für den Magerbetrieb
erreicht, wird in den Magerbetrieb übergegangen und dieser solange
aufrecht erhalten, wie der Temperaturbereich eingehalten wird. Liegt
ein solcher Temperaturbereich nicht vor, wird der Homogenbetrieb
S2 aufrecht erhalten.
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Parallel
dazu wird in der Motorsteuerung erfindungsgemäß aber auch eine Prädiktion
des NOx-Rohmassenstroms für den geschichteten
Betrieb bzw. Magerbetrieb durchgeführt (Schritt SA). Wird bei
der Prädiktion
in einem Schritt SB festgestellt, dass der NOx-Rohmassenstrom
unter einer vorgegebenen oder vorgebbaren Schwelle liegt, wird in
einem Schritt SC in einen erweiterten Magerbetrieb übergegangen,
wobei dieser Übergang
noch davon abhängig
gemacht werden kann, ob vorgegebene oder vorgebbare Verbotskriterien
für den Übergang aus
dem Homogenbetrieb in den erweiterten Magerbetrieb eingehalten werden.
Derartige Verbotskriterien können
z.B. eine maximale Temperaturschwelle sein, bei der der Katalysator
kein NOx mehr umsetzen, d.h. Speichern und
Regenerieren kann, oder die Überprüfung, ob
eine höher
priorisierte Bedingung vorliegt, wie z.B. eine Bauteilschutzfunktion,
die den Homogenberieb erfordert, z.B. ein Notlauf bei einem Lambdawert
1, sowie eine Erkennung des Katalysatorzustandes durch eine Diagnosefunktion
einer Diagnosesteuerung als schlecht (Schlecht-Erkennung) sein.
So lange die Schwelle des NOx-Rohmassenstroms
jedoch überschritten
wird, wird der Homogenbetrieb aufrechterhalten.
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Damit
läuft im
Hintergrund des aktuellen Homogenbetriebs parallel die Prädiktion
bzw. Vorausbestimmung des NOx-Rohmassenstroms
mit, die angibt, wie groß der
NOx-Rohmassenstrom wäre, wenn in dem aktuellen homogenen
Betriebspunkt, d.h. insbesondere bei den im Motorsteuergerät vorliegenden Drehzahl-
und Momentwerten, mager gefahren würde. Aufgrund dieser Prädiktion
kann dann entschieden werden, ob unter an sich von der Motorsteuerung vorgesehenem
Homogenbetrieb trotzdem in den Magerbetrieb umgeschaltet wird. Dadurch
wird der erweiterte Magerbetrieb ermöglicht, wobei sich die NOx-Rohemissionen der aktuellen Betriebsart
und der anderen Betriebsarten aufgrund der unterschiedlichen Betriebsbedingungen
voneinander unterscheiden.
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In
dem erweiterten Magerbetrieb erfolgt die Bestimmung des tatsächlichen
NOx-Rohmassenstromes
auf Basis der aktuellen Betriebsgrößen (Drehzahl, λ ...).
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Aufgrund
dieser Bestimmung kann dann entschieden werden, ob die Umschaltung
in den erweiterten Magerbetrieb gerechtfertigt war. War dies der Fall,
so wird in Abhängigkeit
der aktuellen Temperatur im Katalysator (S3) in den Magerbetrieb
(S4) umgeschaltet oder im erweiterten Magerbetrieb verharrt. Andernfalls
wird in den Homogenbetrieb (S2) umgeschaltet und im Zuge der Prädiktion
des NOx-Rohmassenstromes
(SA) auf Betriebszustände
mit niedrigeren NOx-Rohmassenströmen gewartet.
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Der
NOx-Rohmassenstrom wird bisher für die aktuelle
Betriebsart bestimmt und zur Steuerung des NOx-Speicherkatalysators
herangezogen. Die aktuelle Betriebsart wird im Normalfall über ein
sogenanntes Fahrerwunschkennfeld vorgegeben, das z.B. eine Betätigung des
Gaspedals berücksichtigt. Zusätzlich können höher priorisierte
Funktionen, insbesondere die vorstehend genannten Verbotskriterien,
die Betriebsarten verbieten oder fordern. So kann z.B. eine in der
Motorsteuerung vorliegende Speicherkatalysatorsteuerung unter gewissen
Bedingungen den homogenen Betrieb fordern, obwohl über das
Fahrerwunschkennfeld eine Magerbetriebsart vorgegeben werden würde. Die
Speicherkatalysatorsteuerung fordert Homogenbetrieb z.B. zur Regenerierung
des Katalysators oder, wenn die Temperaturgrenzen des Katalysators überschritten
bzw. unterschritten sind. Wird nun der Homogenbetrieb durch die
Speicherkatalysatorsteuerung gefordert, liegen bisher keine Informationen über die
zu erwartende NOx-Rohemission für die mageren
Betriebsarten vor. Durch die Prädiktion
der NOx-Rohemissionen bzw. des NOx-Rohmassenstroms, der vor dem Katalysator festgestellt
wird, kann nun zusätzlich
in Abhängigkeit dieser
vorbestimmten Größe entschieden
werden, ob die Homogenbetriebsforderung aufgehoben wird und eine
Magerbetriebsart eingestellt werden kann.
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Der
prädizierte
NOx-Rohmassenstrom wird für die Betriebsarten
in Kennfeldern abgelegt, welche z.B. über Drehzahl und Moment aufgespannt
sind.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist z.B. vorgesehen, dass oberhalb einer Katalysatortemperaturschwelle
(z. B. größer als
550° C)
der NOx-Speicherbetrieb durch die Forderung
von Homogenbetrieb und einem Lambdawert von 1 verboten wird. Liegt
als aktuelle Betriebsart der Homogenbetrieb an, werden die NOx-Rohemissionen zu 0 gesetzt. Parallel hierzu
werden die NOx-Rohemissionen vorher bestimmt,
welche sich bei einer mageren Betriebsart einstellen würden. Sind
die prädizierten NOx-Rohemissionen
nun kleiner als die Schwelle, wird der NOx-Speicherbetrieb
wieder freigegeben und die Homogenbetriebsforderung zurück-genommen.
Durch den dann gegebenenfalls eingeleiteten erweiterten Magerbetrieb,
d.h. entdrosselten Betrieb, in dem mehr Luft zugeführt wird,
kühlt der
Katalysator aus, so dass die Brennkraftmaschine in dem von der Motorsteuerung
normalerweise gewählten
Magerbetrieb weiterbetrieben wird. Dabei besteht auch die Möglichkeit
der Adaption der oberen Temperaturschwelle und/oder der unteren
Temperaturschwelle des Katalysators, da diese nur im Zusammenhang mit
dem Magerbetrieb eine Rolle spielen. Dadurch ergibt sich vorteilhaft
die Möglichkeit,
z.B. eine altersbedingte Änderung
der Temperaturschwellen des Katalysators, die zu einem eingeengten
Temperaturbereich für
den Magerbetrieb führt,
zu überprüfen und
nach Möglichkeit
neu anzupassen, falls dies z.B. ein verbesserter Zustand des Katalysators
zulässt.
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Bei
diesem oder einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann vorgesehen sein, dass der Magerbetrieb über die NOx-Speicherkatalysator
Diangosefunktion gesperrt wird. Da für die Diagnose des Katalysators
Magerbetrieb vorliegen muss, besteht damit bisher keine Möglichkeit
mehr, eine Diagnose ablaufen zu lassen.
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Durch
die Prädiktion
des NOx-Rohmassenstromes kann bei niedrigen
Rohmassenströmen
der Magerbetrieb wieder erlaubt werden, wodurch allenfalls eine
geringe Emissinsbeeinflussung stattfindet, aber eine erneute Diagnose
ablaufen kann.