EP1079091A2 - Motorregelsystem für einen Dieselmotor - Google Patents

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EP1079091A2
EP1079091A2 EP00113354A EP00113354A EP1079091A2 EP 1079091 A2 EP1079091 A2 EP 1079091A2 EP 00113354 A EP00113354 A EP 00113354A EP 00113354 A EP00113354 A EP 00113354A EP 1079091 A2 EP1079091 A2 EP 1079091A2
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EP
European Patent Office
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diesel engine
load
engine
control system
air
Prior art date
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EP00113354A
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English (en)
French (fr)
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EP1079091B1 (de
EP1079091A3 (de
Inventor
Holger Adler
Frank Dr. Duvinage
Michael Lenz
Thomas Liebscher
Ulrich Merten
Norbert Ruzicka
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Publication of EP1079091A3 publication Critical patent/EP1079091A3/de
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
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    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
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    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics

Definitions

  • the invention relates to an engine control system for a Diesel engine with the features of the preamble of the claim 1.
  • rich operation is understood to mean a substoichiometric engine operation in which an excess of fuel in the combustion and thus in the exhaust gas
  • the engine control works with maps for both lean operation and for rich operation, separate maps being stored for lean operation and for rich operation
  • Both a lean operation and a rich operation of the diesel engine are possible, for example, is required to regenerate a storage catalytic converter arranged in the exhaust system of the diesel engine, which absorbs NO x during lean operation, by means of a rich operation carried out as required, in which case the stored nitrates are desorbed.
  • the engine control is determined by comparing the target and Actual values of the engine load the control requirement and varies in Dependent on the amount of fuel injected by this is more or less increased or decreased. So far is a conventional diesel engine So-called fuel-guided load control, in which the Load adjustment and the load control of the diesel engine a load-based attitude and change in the Diesel engine for combustion supplied fuel quantity he follows.
  • This fuel-guided load control has the consequence that the Realization of a fat operation in a diesel engine is not can only be achieved in that the Burning more fuel than is required since the above-described fuel-guided load control then always result in full load operation of the diesel engine would.
  • the present invention addresses the problem an engine control system of the type mentioned above To design that it is also in the rich operation of the diesel engine enables load regulation.
  • the invention is based on the general idea for which Fat operation of the diesel engine with an air-guided load control to provide.
  • the invention uses the knowledge that always with the lean diesel engine in the partial load range there is more air available than to supply the desired engine load is required, with the result that a change in the amount of fuel on the engine load affects while changing the amount of air supplied remains essentially without influence on the engine load.
  • This law applies to fat operation reverses and applies in a reciprocal manner, i.e.
  • Load control in rich operation of the diesel engine can be Knowledge that is used in air-guided Load regulations for Otto engines could be obtained. Accordingly, the diesel engine can also with a Throttle valve and equipped with an air flow meter to form the control loop.
  • the diesel engine has fuel injection means, for example a fuel injection system, in particular with Common Rail Technology ", with the aid of which the fuel quantity supplied to the diesel engine can be adjusted and varied.
  • the diesel engine can be equipped with air quantity adjusting means, such as throttle valve, air quantity meter, exhaust gas recirculation valve, turbocharger, with the aid of which the air quantity supplied to the diesel engine can be adjusted
  • the engine control system actuates both the fuel injection means and the air quantity setting means in the lean mode in accordance with the criteria of the lean mode, ie essentially as a function of the fuel-controlled load control.
  • the engine control system actuates both the fuel injectors and the
  • the air control system operates the air quantity setting device in accordance with the criteria of rich operation, ie essentially depending on the air-guided load control, so that the switch between lean operation and rich operation can be carried out in a load-neutral manner stem the diesel engine at least for a short time in a switchover mode in which the fuel injection means are actuated according to the criteria of lean operation and the air quantity adjusting means according to the criteria of rich operation for the current load state of the diesel engine.
  • the diesel engine works in lean operation with the throttle valve fully open, so that a certain load condition is defined by the amount of fuel supplied.
  • the fuel quantity associated with this load state is maintained; in addition, the throttle valve position provided for this load state is set, the engine load not changing, since the throttled fresh air is not required for combustion anyway.
  • the lambda value can be changed so that the switchover from lean operation to rich operation can take place seamlessly and with the engine load remaining the same.
  • an increase in the quantity of fuel supplied only changes the lambda value without the engine load noticeably changing.
  • an exhaust gas turbocharger 1 draws in fresh air on its compressor inlet side in accordance with arrow a.
  • another charging device for. B. a mechanical loader or a so-called
  • the sucked-in fresh air flows through a heat exchanger 2, which serves as charge air cooler, at a correspondingly increased pressure, and reaches a throttle point 3 in an intake line 4 of a diesel engine 10.
  • a throttle valve 5 is arranged, which via an actuator 6 can be actuated by an auxiliary actuator 7.
  • the fresh air first passes through a suction pipe 16 and then reaches an air collection chamber 8, from where it is fed to the combustion areas of the diesel engine 10 via separate inlet ducts 9.
  • Throttle valves 11 are arranged which, according to the exemplary embodiment, can be actuated by a servo-operated actuator 13 via a common actuator 12.
  • Downstream of the diesel engine 10 are those during combustion Exhaust gases formed in an exhaust gas collection chamber 14 with a Exhaust gas recirculation line 15, which in the intake manifold 16, d. H. here after the throttle 3 and before the air collection chamber 8 in the Air intake line 4 opens.
  • the exhaust gas recirculation line 15 upstream of the Throttle point 3 on the intake tract of the diesel engine 10 be connected.
  • an exhaust gas recirculation valve 17 arranged via an actuator 18 by an auxiliary operator Actuator 19 is actuated.
  • a heat exchanger 20 in heat exchange, so that optionally cooling of the recirculated exhaust gas is achieved can be.
  • the turbine inlet cross-section and / or the turbine Exhaust gas volume flow flowing through is by means of a Actuator 21 changeable by an auxiliary operator Actuator 22 is actuated.
  • a Actuator 21 changeable by an auxiliary operator Actuator 22 is actuated.
  • After flowing through the Turbine of the exhaust gas turbocharger 1 is the exhaust gas according to the Arrow b fed to an exhaust gas purification device 28, which in Fig. 1 shown by a broken line Frame is marked and described in more detail below becomes.
  • the diesel engine 10 is operated by an engine controller or Motor control 23 controlled or regulated, for which purpose this Lines with the corresponding units of the diesel engine 10 is connected. 1 is a line 24, for example shown, which the engine control with a Injection system 25 of the diesel engine 10 connects. Further Lines 34, 35, 36 and 37 connect the controller 23 to the Actuators 22, 13, 19 and 7.
  • the exhaust gas purification device 28 has an adsorber or storage catalytic converter 29, which is preferably designed as a NO x storage catalytic converter. Furthermore, the exhaust gas purification device 28 comprises an oxidation catalytic converter 30 arranged downstream or also upstream of the NO x storage catalytic converter 29.
  • the two catalysts 29 and 30 are optionally connected to one another by at least one heat-insulated pipe 31, which is, for example, air-gap and / or mat insulated. Downstream of the storage catalytic converter 29, a first ⁇ probe 32 is arranged in the exhaust line of the diesel engine 10, which is connected to the controller 23 via a corresponding signal line 33.
  • a first temperature sensor 38 is arranged downstream of the storage catalytic converter 29 and is connected to the controller 23 via a signal line 39.
  • a second ⁇ probe 40 and a second temperature sensor 41 are arranged upstream of the storage catalytic converter 29, which likewise communicate with the controller 23 in a corresponding manner.
  • further ⁇ probes, not shown here, and temperature sensors can be accommodated in the exhaust line of the diesel engine 10.
  • at least one NO x sensor 42 is provided, which communicates with the exhaust line downstream of the storage catalytic converter 29 and is also connected to the controller 23.
  • a secondary air supply 43 is provided Fresh air via a connected to the exhaust system Feed line 44 downstream of the diesel engine 10, here downstream of turbocharger 1, and upstream of storage catalytic converter 29 in initiates the exhaust system.
  • the amount of feed Secondary air is via a controllable supply valve 45 adjustable, via a corresponding control line 46 the motor controller 23 is connected.
  • the secondary air can for example from the pressure side of the exhaust gas turbocharger 1 be branched off.
  • the secondary air can also be set to a other suitable ways are made available.
  • the storage catalytic converter 29 can be equipped with a heating device 27 be equipped, which in Fig. 1 by one in the Storage catalyst symbolizes 29 integrated heating spiral is.
  • the engine control system according to the invention works as follows:
  • the controller 23 operates in the lean operation of the diesel engine 10 according to the principle of a fuel-guided load control. To for this purpose, the controller 23 determines from a load setpoint, e.g. from the driver one with the diesel engine 10 equipped vehicle or from one Cruise control system of this vehicle generated and from a current actual load value Regulation requirement for the fuel injection system 25. About the Change in the amount of fuel supplied to the diesel engine 10 the engine load can then be influenced. When more engine load is required, the diesel engine 10 accordingly more Diesel fuel are supplied. As part of this the fuel-operated load control works the lean one Diesel engine 10 with ⁇ values of ⁇ 1.3 to 10.
  • the Throttle valve 5 is usually not actuated. However, if one higher exhaust gas recirculation rate can be generated at open exhaust gas recirculation valve 17 by actuation the throttle valve 5, the fresh air supply is throttled, which increases the exhaust gas recirculation rate.
  • This Influencing the exhaust gas recirculation can also affect the Engine load impact, however, is not part of the Load control in lean operation. For example, if the Increase the exhaust gas recirculation rate a reduction in Motor load, this is done with the help of the load control a correspondingly increased injection quantity is compensated.
  • the Fuel quantity gradually increases, increasing the lambda value gradually reduced without changing the engine load changed significantly because of the throttle valve position only as much air is supplied to the diesel engine 10 as for Maintaining the current engine load is required.
  • An increase in the amount of fuel does not result in an increase Energy conversion in the diesel engine 10; the engine load therefore remains constant.
  • the lambda value in the substoichiometric The air-guided load control Realize transient load conditions because there is always more Fuel is available to achieve the required engine load is necessary. A change in The throttle valve position then affects the engine load.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für einen Dieselmotor, das einen Mager-Betrieb und einen Fett-Betrieb des Dieselmotors ermöglicht, wobei im Mager-Betrieb eine Lasteinstellung und eine Lastregelung des Dieselmotors durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt. Das Motorregelsystem soll so ausgebildet werden, daß mit dem Dieselmotor auch im Fett-Betrieb instationäre Lastzustände realisiert werden können. Das erfindungsgemäße Motorregelsystem ist zu diesem Zweck so ausgebildet, daß im Fett-Betrieb die Lasteinstellung und die Lastregelung durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Luftmenge erfolgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für einen Dieselmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Aus der DE 197 50 226 C 1 ist ein Motorregelsystem der eingangs genannten Art bekannt, das einen Mager-Betrieb und einen Fett-Betrieb des Dieselmotors ermöglicht. Als
Figure 00010001
Mager-Betrieb" wird hierbei ein überstöchiometrischer Motorbetrieb verstanden, bei dem in der Verbrennung ein Sauerstoffüberschuß, das heißt λ>1, herrscht. Dementsprechend wird unter Fett-Betrieb ein unterstöchiometrischer Motorbetrieb verstanden, bei dem in der Verbrennung und somit im Abgas ein Kraftstoffüberschuß, d.h. λ<1 , herrscht. Beim bekannten Motorregelsystem arbeitet die Motorregelung sowohl für den Mager-Betrieb als auch für den Fett-Betrieb mit Kennfeldern, wobei für den Mager-Betrieb und für den Fett-Betrieb separate Kennfelder hinterlegt sind. Ein Motorregelsystem, das sowohl einen Mager-Betrieb als auch einen Fett-Betrieb des Dieselmotors ermöglicht, wird beispielsweise dazu benötigt, einen im Abgasstrang des Dieselmotors angeordneten Speicherkatalysator, der während des Mager-Betriebs NOx absorbiert, durch einen bedarfsabhängig durchgeführten Fett-Betrieb zu regenerieren, wobei dann die gespeicherten Nitrate desorbiert werden.
Bei einem herkömmlichen, magerbetriebenen Dieselmotor erfolgt eine Lastregelung, d.h. die Anpassung der vom Dieselmotor tatsächlich abgegebenen Motorleistung (Istwert) an eine von einer Motorsteuerung oder vom Fahrer vorgegebene bzw. erwünschte Motorleistung (Sollwert), wie folgt:
Die Motorregelung ermittelt durch einen Vergleich der Soll- und Ist-Werte der Motorlast den Regelbedarf und variiert in Abhängigkeit davon die Kraftstoffeinspritzmenge, indem diese mehr oder weniger erhöht oder erniedrigt wird. Insoweit handelt es sich bei einem herkömmlichen Dieselmotor um eine sogenannte kraftstoffgeführte Lastregelung, bei der die Lasteinstellung und die Lastregelung des Dieselmotors durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt.
Diese kraftstoffgeführte Lastregelung hat zur Folge, daß die Realisierung eines Fett-Betriebes bei einem Dieselmotors nicht ausschließlich dadurch erreicht werden kann, daß der Verbrennung mehr Kraftstoff als erforderlich zugeführt wird, da die vorbeschriebene kraftstoffgeführte Lastregelung dann stets einen Vollast-Betrieb des Dieselmotors zur Folge haben würde.
Die vorgenannte DE 197 50 226 C 1 führt mehrere Möglichkeiten an, mit deren Hilfe bei einem Dieselmotor ein unterstöchiometrisches Abgasgemisch erzeugt werden kann, ohne daß sich dabei zwangsläufig ein Vollastbetrieb einstellt. Dabei werden Möglichkeiten genutzt, den Dieselkraftstoff so (spät) einzuspritzen, daß er an der Leistungsentfaltung des Dieselmotors keinen Anteil hat. Beispielsweise kann dies mittels spezieller Kennfelder durch eine geeignete Abstimmung der Einspritzparameter wie Beginn, Dauer und Druck realisiert werden.
Bei einer solchen Vorgehensweise besteht jedoch das Problem, daß ein auf diese Weise realisierter Fett-Betrieb immer nur einzelne, stationäre Lastpunkte einstellen kann. Ein derartiges stationäres Betriebsverhalten eines Dieselmotors ist jedoch unerwünscht, insbesondere kann bei Berücksichtigung dieser Problematik eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators nur in einem stationären Betriebszustand durchgeführt werden. Versuche, die kraftstoffgeführte Lastregelung im Fett-Betrieb des Dieselmotors anzuwenden, scheitern, denn es hat sich gezeigt, daß ein Dieselmotor im unterstöchiometrischen Betrieb auf eine Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge nicht mehr mit einer Laständerung reagiert. Lediglich das Verbrennungsluftverhältnis Lambda kann durch eine Veränderung der Kraftstoffmenge beeinflußt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Motorregelsystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es auch im Fett-Betrieb des Dieselmotors eine Lastregelung ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Motorregelsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für den Fett-Betrieb des Dieselmotors eine luftgeführte Lastregelung vorzusehen. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß beim magerbetriebenen Dieselmotor im Teillastbereich stets mehr Luft zur Verfügung steht, als zur Erbringung der gewünschten Motorlast erforderlich ist, mit der Folge, daß sich eine Veränderung der Kraftstoffmenge auf die Motorlast auswirkt, während eine Veränderung der zugeführten Luftmenge im wesentlichen ohne Einfluß auf die Motorlast bleibt. Die Anmelderin hat erkannt, daß diese Gesetzmäßigkeit im Fett-Betrieb umkehrt und in reziproker Weise gilt , d.h. im Fett-Betrieb des Dieselmotors steht zumindest im Teillastbereich stets mehr Kraftstoff zur Verfügung als zur Erzielung der erwünschten Motorlast erforderlich ist, mit der Folge, daß ausschließlich eine Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Luftmenge die Motorlast beeinflußt, während eine Veränderung der zugeführten Kraftstoffmenge im wesentlichen ohne Einfluß auf die Motorlast bleibt. Mit Hilfe einer auf dieser Erkenntnis basierenden luftgeführten Lastregelung kann der Dieselmotor auch im Fett-Betrieb instationär betrieben werden, wodurch ein Wechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb erheblich vereinfacht und das Betriebsverhalten des Dieselmotors deutlich verbessert werden kann.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen luftgeführten Lastregelung im Fett-Betrieb des Dieselmotors kann auf Kenntnisse zurückgegriffen werden, die bei luftgeführten Lastregelungen bei Otto-Motoren gewonnen werden konnten. Dementsprechend kann der Dieselmotor ebenfalls mit einer Drosselklappe und mit einem Luftmengenmesser ausgestattet werden, um den Regelkreis auszubilden.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motorregelsystems weist der Dieselmotor Kraftstoffeinspritzmittel auf, z.B. eine Kraftstoffeinspritzanlage, insbesondere mit Common-Rail-Technik", mit deren Hilfe die dem Dieselmotor zugeführte Kraftstoffmenge eingestellt und variiert werden kann. Außerdem kann der Dieselmotor mit Luftmengeneinstellmitteln, wie z.B. Drosselklappe, Luftmengenmesser, Abgasrückführungsventil, Turbolader, ausgestattet sein, mit deren Hilfe die dem Dieselmotor zugeführte Luftmenge eingestellt und variiert werden kann. Das Motorregelsystem betätigt im Mager-Betrieb sowohl die Kraftstoffeinspritzmittel als auch die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebes, d.h. im wesentlichen in Abhängigkeit der kraftstoffgeführten Lastregelung. Außerdem betätigt das Motorregelsystem im Fett-Betrieb sowohl die Kraftstoffeinspritzmittel als auch die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebes, d.h. im wesentlichen in Abhängigkeit der luftgeführten Lastregelung. Damit das Umschalten zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb lastneutral durchgeführt werden kann, betätigt das Motorregelsystem den Dieselmotor zumindest kurzzeitig in einem Umschaltbetrieb, in dem für den aktuellen Lastzustand des Dieselmotors die Kraftstoffeinspritzmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebes und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebes betätigt werden. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor im Mager-Betrieb bei vollständig geöffneter Drosselklappe, so daß ein bestimmter Lastzustand durch die zugeführte Kraftstoffmenge definiert wird. Im Umschaltbetrieb wird die zu diesem Lastzustand zugehörige Kraftstoffmenge beibehalten, zusätzlich wird die für diesen Lastzustand vorgesehene Drosselklappenstellung eingestellt, wobei sich die Motorlast nicht verändert, da die weggedrosselte Frischluft ohnehin nicht für die Verbrennung benötigt wird. Durch die Betätigung der Drosselklappe kann jedoch der Lambda-Wert verändert werden, so daß das Umschalten von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb übergangslos und bei gleichbleibender Motorlast erfolgen kann. Sobald vollständig auf den Fett-Betrieb umgeschaltet ist, bewirkt eine Vergrößerung der zugeführten Kraftstoffmenge nur noch eine Änderung des Lambda-Wertes, ohne daß sich dabei die Motorlast spürbar verändert. Durch die auf diese Weise realisierte nahezu lastkonstante Umstellung zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb und da die erfindungsgemäße Motorregelung auch im Fett-Betrieb einen instationären Motorbetrieb ermöglicht, ergibt sich ein besonders komfortables Betriebsverhalten für den Dieselmotor und somit auch für ein mit dem Dieselmotor und dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgestattetes Fahrzeug.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Motorregelsystems ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung für einen Dieselmotor, der mit dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgegestattet und betrieben ist.
  • Entsprechend Fig. 1 saugt ein Abgasturbolader 1 auf seiner Verdichteeintrittsseite Frischluft entsprechend dem Pfeil a an. Anstelle eines Abgasturboladers 1 kann auch eine andere Aufladeeinrichtung, z. B. ein mechanischer Lader oder ein sogenannter Booster", verwendet werden. Die angesaugte Frischluft durchströmt bei entsprechend erhöhtem Druck einen Wärmetauscher 2, der als Ladeluftkühler dient, und erreicht eine Drosselstelle 3 in einer Ansaugleitung 4 eines Dieselmotors 10. In der Drosselstelle 3 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, die über ein Stellglied 6 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 7 betätigbar ist. Nach der Drosselstelle 3 durchquert die Frischluft zunächst ein Saugrohr 16 und erreicht dann eine Luftsammelkammer 8, von wo aus sie über separate Einlaßkanäle 9 den Brennbereichen des Dieselmotors 10 zugeführt wird. In den Einlaßkanälen 9 sind jeweils einzelne Drosselklappen 11 angeordnet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel über ein gemeinsames Stellglied 12 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 13 betätigbar sind.
    Stromab des Dieselmotors 10 werden die während der Verbrennung gebildeten Abgase in einer Abgassammelkammer 14 mit einer Abgasrückführungsleitung 15, die im Saugrohr 16, d. h. hier nach der Drosselstelle 3 und vor der Luftsammelkammer 8 in der Luftansaugleitung 4 mündet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abgasrückführungsleitung 15 auch stromauf der Drosselstelle 3 an den Ansaugtrakt des Dieselmotors 10 angeschlossen sein.
    Im Mündungsbereich der Abgasrückführungsleitung 15 ist im Saugrohr 16 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet, das über ein Stellglied 18 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 19 betätigbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Abgasrückführungsleitung 15 mit einem Wärmetauscher 20 im Wärmeaustausch, so daß gegebenenfalls eine Kühlung des rückgeführten Abgases erreicht werden kann.
    Der Turbineneintrittsquerschnitt und/oder der die Turbine durchströmende Abgasvolumenstrom ist mit Hilfe eines Stellglieds 21 veränderbar, das von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 22 betätigbar ist. Nach dem Durchströmen der Turbine des Abgasturboladers 1 wird das Abgas entsprechend dem Pfeil b einer Abgasreinigungseinrichtung 28 zugeleitet, die in Fig. 1 durch einen mit unterbrochenen Linien dargestellten Rahmen gekennzeichnet ist und weiter unten genauer beschrieben wird.
    Der Dieselmotor 10 wird von einer Motorsteuerung oder Motorregelung 23 gesteuert bzw. geregelt, wozu diese über Leitungen mit den entsprechenden Aggregaten des Dieselmotors 10 verbunden ist. Beispielsweise ist in Fig. 1 eine Leitung 24 dargestellt, welche die Motorsteuerung mit einer Einspritzanlage 25 des Dieselmotors 10 verbindet. Weitere Leitungen 34, 35, 36 und 37 verbinden die Steuerung 23 mit den Stellantrieben 22, 13, 19 und 7.
    Die Abgasreinigungseinrichtung 28 weist einen Adsorber- bzw. Speicherkatalysator 29 auf, der vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet ist. Des weiteren umfaßt die Abgasreinigungseinrichtung 28 einen stromab oder auch stromauf des NOx-Speicherkatalysators 29 angeordneten Oxidationskatalysator 30 auf. Die beiden Katalysatoren 29 und 30 sind wahlweise durch wenigstens ein wärmeisoliertes Rohr 31 miteinander verbunden, das beispielsweise luftspalt- und/oder mattenisoliert ist. Stromab des Speicherkatalysators 29 ist eine erste λ-Sonde 32 im Abgasstrang des Dieselmotors 10 angeordnet, die über eine entsprechende Signalleitung 33 mit der Steuerung 23 verbunden ist. Des weiteren ist stromab des Speicherkatalysators 29 ein erster Temperatursensor 38 angeordnet, der über eine Signalleitung 39 an die Steuerung 23 angeschlossen ist. Außerdem ist stromauf des Speicherkatalysators 29 eine zweite λ-Sonde 40 sowie ein zweiter Temperatursensor 41 angeordnet, die ebenfalls in entsprechender Weise mit der Steuerung 23 kommunizieren. Zusätzlich können weitere, hier nicht dargestellte λ-Sonden und Temperatursensoren im Abgasstrang des Dieselmotors 10 untergebracht sein. Außerdem ist wenigstens ein NOx-Sensor 42 vorgesehen, der hier stromab des Speicherkatalysators 29 mit dem Abgasstrang kommuniziert und ebenfalls mit der Steuerung 23 verbunden ist.
    Des weiteren ist eine Sekundärluftzuführung 43 vorgesehen, die Frischluft über eine an den Abgasstrang angeschlossene Zuführungsleitung 44 stromab des Dieselmotors 10, hier stromab des Turboladers 1, und stromauf des Speicherkatalysators 29 in den Abgasstrang einleitet. Die Menge der zugeführten Sekundärluft ist über ein steuerbares Zuführungsventil 45 einstellbar, das über eine entsprechende Steuerleitung 46 an die Motorsteuerung 23 angeschlossen ist. Die Sekundärluft kann beispielsweise von der Druckseite des Abgasturboladers 1 abgezweigt werden. Ebenso kann die Sekundärluft auf eine andere geeignete Weise zur Verfügung gestellt werden.
    Der Speicherkatalysator 29 kann mit einer Heizeinrichtung 27 ausgestattet sein, die in Fig. 1 durch eine in den Speicherkatalysator 29 integrierte Heizspirale symbolisiert ist.
    In der Ansaugleitung 4 ist außerdem ein Luftmassenmesser 47 Strom auf der Drosselklappe 5 angeordnet, der über eine entsprechende Signalleitung 48 mit der Steuerung 23 verbunden ist.
    Das erfindungsgemäße Motorregelsystem arbeitet wie folgt:
    Im Mager-Betrieb des Dieselmotors 10 arbeitet die Steuerung 23 nach dem Prinzip einer kraftstoffgeführten Lastregelung. Zu diesem Zweck ermittelt die Steuerung 23 aus einem Last-Sollwert, der z.B. vom Fahrer eines mit dem Dieselmotor 10 ausgestatteten Fahrzeuges oder von einem Geschwindigkeitsregelungssystem dieses Fahrzeuges erzeugt wird, und aus einem aktuell vorliegenden Last-Istwert den Regelungsbedarf für die Kraftstoffeinspritzanlage 25. Über die Veränderung der dem Dieselmotor 10 zugeführten Kraftstoffmenge kann dann die Motorlast beeinflußt werden. Wenn mehr Motorlast gefordert wird, muß dem Dieselmotor 10 dementsprechend mehr Dieselkraftstoff zugeführt werden. Im Rahmen dieser kraftstoffgeführten Lastregelung arbeitet der mager betriebene Dieselmotor 10 mit λ-Werten von ≈ 1,3 bis 10.
    Während der kraftstoffgeführten Lastregelung wird die Drosselklappe 5 in der Regel nicht betätigt. Wenn jedoch eine höhere Abgasrückführungsrate erzeugt werden soll, kann bei geöffnetem Abgasrückführungsventil 17 durch eine Betätigung der Drosselklappe 5 die Frischluftzuführung gedrosselt werden, wodurch sich die Abgasrückführungsrate erhöht. Diese Beeinflussung der Abgasrückführung kann sich zwar auch auf die Motorlast auswirken, ist jedoch nicht Bestandteil der Lastregelung im Mager-Betrieb. Wenn beispielsweise die Erhöhung der Abgasrückführungsrate eine Reduktion der Motorlast bewirkt, wird dies mit Hilfe der Lastregelung durch eine entsprechend erhöhte Einspritzmenge kompensiert.
    Wenn der Dieselmotor 10 beispielsweise zur Regeneration des Speicherkatalysators 29 in einem Fett-Betrieb arbeiten soll, schaltet die Steurung 23 auf eine luftgeführte Lastregelung um. Dementsprechend führt ein Vergleich der Soll- und Istwerte der Motorlast zu einer Betätigung der Drosselklappe 5, um so dem Dieselmotor 10 mehr oder weniger Luft zur Verbrennung zuzuführen.
    Dabei kann unter Zuhilfenahme der Abgasrückführung eine äußerst komplexe Regelung des Lambda-Wertes für den Fett-Betrieb durchgeführt werden, da sich die im rückgeführten Abgas enthaltene, unverbrannte Kraftstoffmenge auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas zusätzlich auswirkt. Durch die Integration der Abgasrückführung in die luftgeführte Lastregelung kann beispielsweise der Regenerationsprozeß des Speicherkatalysators 29 verbessert und die Rußbildung im Abgas des Dieselmotors 10 reduziert werden. Darüberhinaus kann zur Beeinflussung der Abgaszusammensetzung ein Zusammenwirken der Drosselklappen 11 in den Einlaßkanälen 9 und/oder einer Beeinflussung des Ladedruckes verwirklicht werden. Wie im Mager-Betrieb können somit auch im Fett-Betrieb instationäre Lastzustände realisiert werden, so daß die unterschiedlichen Betriebsphasen vom Fahrer eines mit dem Dieselmotor 10 und dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgestatteten Fahrzeug regelmäßig nicht unterschieden werden können.
    Damit auch das Umschalten vom Mager-Betrieb zum Fett-Betrieb und umgekehrt vom Fahrer möglichst unbemerkt bleibt, bewirkt die Steuerung 23 zum Umschalten beispielsweise vom Mager-Betrieb auf den Fett-Betrieb einen Umschaltbetrieb, in dem die luftgeführte Lastregelung allmählich in die kraftstoffgeführte Lastregelung eingeregelt wird und die kraftstoffgeführte Lastregelung aus der vollständig eingeregelten luftgeführten Lastregelung allmählich ausgeregelt wird. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor 10 im Mager-Betrieb in einem bestimmten Lastzustand mit λ = 2, wobei die Drosselklappe 5 vollständig geöffnet ist. Zum kontinuierlichen Einregeln der luftgeführten Lastregelung wird dann die Drosselklappe 5 allmählich soweit geschlossen, bis nur noch derjenige Luftanteil dem Dieselmotor 10 zugeführt wird, der zur Einhaltung des Lambda-Wertes erforderlich ist. Während dieser Klappenverstellung ändert sich die Motorlast nicht. Zum Ausregeln der kraftstoffgeführten Lastregelung wird dann die Kraftstoffmenge allmählich erhöht, wobei sich der Lambda-Wert allmählich reduziert, ohne daß sich dabei die Motorlast wesentlich verändert, da durch die Drosselklappenstellung nur so viel Luft dem Dieselmotor 10 zugeführt wird, wie zur Aufrechterhaltung der aktuellen Motorlast erforderlich ist. Eine Erhöhung der Kraftstoffmenge bewirkt somit keine erhöhte Energieumsetzung im Dieselmotor 10; die Motorlast bleibt daher konstant. Sobald der Lambda-Wert in den unterstöchiometrischen Bereich absinkt, kann die luftgeführte Lastregelung instationäre Lastzustände realisieren, da stets mehr Kraftstoff zur Verfügung steht, als zur Erzielung der erforderlichen Motorlast notwendig ist. Eine Veränderung der Drosselklappenstellung wirkt sich dann auf die Motorlast aus.

    Claims (9)

    1. Motorregelsystem für einen Dieselmotor (10), das einen Mager-Betrieb und einen Fett-Betrieb des Dieselmotors (10) ermöglicht, wobei im Mager-Betrieb eine Lasteinstellung und eine Lastregelung des Dieselmotors durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) durch Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Fett-Betrieb die Lasteinstellung und die Lastregelung durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zur Verbrennung zugeführten Luftmenge erfolgt.
    2. Motorregelsystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß Kraftstoffeinspritzmittel (25) vorgesehen sind, die zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Kraftstoffmenge dienen, und
      daß Luftmengeneinstellmittel (5,11,17,21,47) vorgesehen sind, die zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge dienen.
    3. Motorregelsystem nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Mager-Betrieb die Kraftstoffeinspritzmittel und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend Kriterien des Mager-Betriebs betätigt werden,
      daß im Fett-Betrieb die Kraftstoffeinspritzmittel und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend Kriterien des Fett-Betriebs betätigt werden,
      daß zum Umschalten zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb der Dieselmotor (10) kurzzeitig in einem Umschaltbetrieb arbeitet, in dem für den aktuellen Lastzustand des Dieselmotors (10) die Kraftstoffeinspritzmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebs und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebs betätigt werden.
    4. Motorregelsystem nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß das Umstellen der Betätigung der Kraftstoffeinspritzmittel und der Luftmengeneinstellmittel zwischen der Betätigung entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebs und der Betätigung entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebs kontinuierlich erfolgt.
    5. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Luftmengeneinstellmittel eine im Ansaugtrakt des Dieselmotors (10) Drosselklappe (5) und einen im Ansaugtrakt des Dieselmotors (10) angeordneten Luftmengenmesser (47) aufweisen.
    6. Motorregelsystem nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Luftmengeneinstellmittel eine Abgasrückführung (15) aufweisen, die stromauf oder stromab der Drosselklappe (5) in den Ansaugtrakt mündet, und daß diese Abgasrückführung (15) ein Abgasrückführungsventil (17) aufweist, mit dem die Menge der rückgeführten Abgase einstellbar ist, wobei das Abgasrückführungsventil (17) zusammen mit der Drosselklappe (5) zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge und deren Zusammensetzung in Abhängigkeit der Motorlast betätigt werden.
    7. Motorregelsystem nach Anspruch 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Luftmengeneinstellmittel einen Lader (1), z.B. Abgasturbolader, und/oder Einlaßkanalklappen (11) aufweisen, mit denen der Durchströmungsquerschnitt von den Ansaugtrakt mit je einer Zylinderbrennkammer des Dieselmotors (10) mit Ansaugluft versorgenden Einlaßkanälen (9) einstellbar ist,
      wobei der Lader (1) und/oder die Einlaßkanalklappen (11) zusammen mit der Drosselklappe (5) zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge und deren Zusammensetzung in Abhängigkeit der Motorlast betätigt werden.
    8. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zum Einstellen und Verändern der dem Dieselmotor (10) zur Verbrennung zugeführten Luftmenge der Druck im Ansaugtrakt geregelt und/oder gesteuert wird.
    9. Motorregelsystem nach einem Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Fett-Betrieb das Luft-Brennstoff-Verhältnis (λ) durch die gemeinsame Betätigung von Kraftstoffeinspritzmitteln (25) und einer Abgasrückführung (15,17) eingestellt wird.
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