DE10020639A1 - Temperaturregelungssystem für Schadstoffbegrenzungsvorrichtung - Google Patents

Temperaturregelungssystem für Schadstoffbegrenzungsvorrichtung

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Abstract

Ein Temperaturregelungssystem für NO¶x¶-Abscheider zur Entschwefelung des Abscheiders arbeitet mit einem Motor mit einigen Zylindern, in denen magere Verbrennung stattfindet, und mit einigen Zylindern, in denen fette Verbrennung stattfindet. Die mageren und die fetten Verbrennungsabgase werden zur Ausbildung eines Gemischs zusammengebracht, das mit dem Ziel, eine exotherme Reaktion zu bewirken, dem Abscheider zugeführt wird. Das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis und das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis der entsprechenden, mit magerem und mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder werden in Abhängigkeit von der Abscheidertemperatur und einer inkrementalen Wärmezufuhr begrenzt, damit keine ungewollte Verringerung der Abscheidertemperatur auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung während der Entschwefelung.
Es sind Motorensysteme bekannt, bei denen der Motor zur Optimierung des Kraft­ stoffverbrauchs mit magerer Verbrennung bzw. einem mageren Kraftstoff-Luft- Verhältnis (Kraftstoff-Luft-Verhältnis für ein mageres Gemisch) betrieben wird. Um den Bedingungen einer mageren Verbrennung Rechnung zu tragen, werden Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen wie Stickoxid-Abscheider (NOX-Abscheider) zur Adsorption der Stickoxidemissionen eingesetzt, die der Motor beim Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch produziert. Die adsorbierten Stickoxide werden regelmäßig durch Betrieb des Motors mit fetter Verbrennung bzw. einem fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Kraftstoff-Luft-Verhältnis für ein fettes Gemisch) beseitigt.
Während des normalen Betriebs mit magerem und fettem Gemisch kann es vor­ kommen, daß sich der im Kraftstoff enthaltene Schwefel in der Schadstoffbegren­ zungsvorrichtung einlagert. Dadurch verschlechtert sich nach und nach die Adsorp­ tionsfähigkeit der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung für Stickoxide sowie die Wirk­ samkeit der Vorrichtung. Zur Kompensation des Schwefeleffekts stehen mehrere Verfahren zur Schwefeldekontamination zur Verfügung.
Eines der Verfahren zur Schwefeldekontamination erfordert die Anhebung der Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung auf einen vorbestimmten Wert. Anschließend wird, während die katalytische Masse zur Verringerung des in der Vorrichtung eingelagerten Schwefels diese erhöhte Temperatur aufweist, zusätzli­ cher Kraftstoff eingespritzt. Zur Erhöhung der Temperatur der Vorrichtung arbeiten einige Zylinder mit magerem Gemisch und einige Zylinder mit fettem Gemisch. Beim Zusammentreffen der mageren und der fetten Abgase in der Vorrichtung fin­ den exotherme Reaktionen statt, wobei Wärme zur Erhöhung der Temperatur der Vorrichtung frei wird. Zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Werts für das mitt­ lere Kraftstoff-Luft-Verhältnis der gemischten Abgase werden für das magere und das fette Abgas bestimmte gewünschte magere bzw. fette Kraftstoff-Luft- Verhältnisse beibehalten. Die gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für das ma­ gere und das fette Gemisch werden durch Abfragen einer Tabelle mit verschiede­ nen Korrekturfaktoren ermittelt. Zur Korrektur des jeweils gewünschten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses für das magere und das fette Gemisch bei durch die Korrektur­ faktoren verursachten Regelungsfehlern wird ein Sensor für das Kraftstoff-Luft- Verhältnis des Abgases eingesetzt. Ein solches Verfahren ist in der amerikanischen Patentschrift U.S. 5,657,625 beschrieben.
Die Erfinder haben festgestellt, daß der obengenannte Ansatz mit einem Nachteil behaftet ist. Bei der Anpassung der gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für das magere und das fette Gemisch zur Regelung der Abscheidertemperatur wird nur eine unzureichende Regelung erreicht. Insbesondere dann, wenn der Abschei­ der eine niedrige Temperatur aufweist, ist zur schnellen Temperaturerhöhung eine große Differenz zwischen den Kraftstoff-Luft-Verhältnissen für das magere und das fette Gemisch wünschenswert. Wenn jedoch die Differenz zwischen den Kraftstoff- Luft-Verhältnissen erhöht wird, während der Abscheider eine niedrige Temperatur aufweist, ist eine anfängliche Untertemperatur festzustellen, weil bis zum Beginn der exothermen Reaktion eine gewisse Zeit verstreicht. Auf diese Weise kann die Temperatur des Abscheiders unter seine Aktivierungstemperatur (Light-Off- Temperatur) sinken. Von diesem Moment an fällt die Temperatur weiter, da die exotherme Reaktion aufgrund der unter der Aktivierungstemperatur liegenden Temperatur des Abscheiders nicht mehr stattfinden kann.
Als weiterer Nachteil bei der Verwendung des obengenannten Lösungsansatzes tritt der Umstand auf, daß bei einer zu großen Differenz zwischen den Kraftstoff- Luft-Verhältnissen für die mit magerem und mit fettem Gemisch arbeitenden Zylin­ der die Abscheidertemperatur auch dann fallen kann, wenn sie deutlich oberhalb der Aktivierungstemperatur liegt. Der Grund hierfür ist, daß die zusätzlich aus der Differenz der Kraftstoff-Luft-Verhältnisse gewonnene exotherme Wärme nicht groß genug ist, um die niedrigere Abgastemperatur zu kompensieren, die beim Betrieb mit im Verhältnis zur stöchiometrischen Gemischzusammensetzung mageren bzw. fetten Gemischen entsteht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfah­ ren zur Regelung der zylinderbezogenen Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für die Ent­ schwefelung einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung vorzusehen, wobei die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung dadurch erwärmt wird, daß einige Motorzylinder mit magerem Gemisch (Magergemischzylinder) und einige Motorzylinder mit fettem Gemisch (Fettgemischzylinder) arbeiten.
Das obengenannte Ziel wird bei gleichzeitiger Überwindung der Nachteile früherer Lösungsansätze durch ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Schad­ stoffbegrenzungsvorrichtung erreicht, die in einer Vorrichtung zur Abgasdurchfüh­ rung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder eingebaut ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß an­ hand der Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein gewünschtes ma­ geres Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den ersten Zylinder und ein gewünschtes fettes Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den zweiten Zylinder erzeugt wird, die genannten ge­ wünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisse anhand der Temperatur der Schadstoffbe­ grenzungsvorrichtung begrenzt werden, der erste Zylinder mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis und der zweite Zylinder mit dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitet.
Die Begrenzung des gewünschten mageren bzw. fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnisses ermöglicht es, ungewollte Änderungen der Abscheidertemperatur in einer unerwünschten Richtung zu verhindern. Mit anderen Worten werden bei nied­ riger Abscheidertemperatur das magere und das fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf die Werte getrimmt, mit denen der größtmögliche Temperaturanstieg erreicht wird. Wenn eine Einstellung des mageren und des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses über diese Werte hinaus zugelassen wird, führt dies zu einer nicht optimalen Tem­ peraturregelung und sogar zu Temperaturänderungen in einer unerwünschten Richtung. Die temperaturabhängige Änderung der Grenzwerte ermöglicht zu jedem Zeitpunkt ein optimales Regelverhalten, so daß eine präzise und schnelle Tempe­ raturregelung erfolgt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer verbesserten Temperaturre­ gelung für NOX-Abscheider.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einem verbesserten Wir­ kungsgrad bei der NOX-Umwandlung aufgrund einer verbesserten Entschwefelung.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Leser dieser Beschreibung ohne weiteres ersichtlich.
Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres unter Bezugnahme auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Blockdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2-10 aufgabenorientierte Ablaufdiagramme für verschiedene Vorgänge, die von einem Teil der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden.
Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit mehreren, mit dem Ansaugkrümmer 11 verbundenen Zylindern. Die Motorzylinder können innerhalb eines von einem Grenzwert für mageres Gemisch bis zu einem Grenzwert für fettes Gemisch be­ grenzten Bereichs für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeiten. Fig. 1 zeigt zwei mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitende und zwei mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitende Zylinder. Den Zylindern des Motors 10 wird über den von der Drosselklappe 14 gesteuerten Ansaugkrümmer 11 Luft zugeführt. Den mit fettem Gemisch arbeitenden Zylindern wird über die Einspritzdüsen 20 und 22 Kraftstoff zugeführt. Den mit magerem Gemisch arbeitenden Zylindern wird über die Einspritzdüsen 24 und 26 Kraftstoff zugeführt. Die mit fettem Gemisch arbeiten­ den Zylinder produzieren Abgase, die unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Koh­ lenmonoxid enthalten, während die mit magerem Gemisch arbeitenden Zylinder einen Abgasstrom mit Sauerstoffüberschuß produzieren. Die fetten Abgase verlas­ sen die mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder durch den Krümmer für fette Ab­ gase 30 und strömen durch den ersten Dreiwegekatalysator 32. Die mageren Ab­ gase verlassen die mit magerem Gemisch arbeitenden Zylinder durch den Krüm­ mer für magere Abgase 34 und strömen durch den zweiten Dreiwegekatalysator 36. Die mageren und die fetten Abgase werden dann zur Bildung eines Abgasge­ mischs mit einem für dieses Abgasgemisch spezifischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis zusammengeführt, bevor sie in den NOX-Abscheider 40 für magere Gemische ge­ langen. Die katalytische Aktivität des Abscheiders 40 fördert eine exotherme che­ mische Reaktion des aus mageren und fetten Gasen gebildeten Abgasgemischs, was zu katalytischer Nachverbrennung, Erzeugung von Wärme und Erhöhung der Temperatur des Abscheiders 40 führt.
Zwar arbeiten in der bevorzugten Ausführungsform zwei Zylinder mit fettem und eine identische Anzahl von Zylindern mit magerem Gemisch, doch sind auch alter­ native Ausführungsformen möglich. So kann beispielsweise eine beliebige Ge­ samtanzahl von Zylindern verwendet werden, wobei die Anzahl der mit magerem und der mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder gleichfalls variabel ist. Beispiels­ weise kann ein Achtzylindermotor fünf mit magerem Gemisch arbeitende und drei mit fettem Gemisch arbeitende Zylinder aufweisen. Die Bestimmung des mageren und des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in Systemen mit gleicher oder unglei­ cher Zylinderverteilung wird im folgenden unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2- 10 noch beschrieben werden.
Der Regler 12 ist in Fig. 1 als herkömmlicher Mikrocomputer mit einer Mikroprozes­ soreinheit (CPU) 102, Anschlüssen für Ein-/Ausgänge 104, einem Nur- Lesespeicher (ROM) 106, einem Arbeitsspeicher (RAM) 108 und einem herkömmli­ chen Datenbus dargestellt. Es wird gezeigt, daß der Regler 12 verschiedene Si­ gnale von den mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren 120 empfängt. Desweite­ ren wird dem Regler 12 über den Temperaturfühler 42 die Temperatur (T) des Ab­ scheiders 40 gemeldet. Alternativ kann die Temperatur (T) unter Verwendung ver­ schiedener Verfahren, die den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, ge­ schätzt werden.
Der Regler 12 sendet außerdem das Signal fpwr an die Kraftstoff-Einspritzdüsen 20 und 22 und das Signal fpwl an die Kraftstoff-Einspritzdüsen 24 und 26.
Fig. 2-9 sind aufgabenorientierte Ablaufdiagramme für verschiedene, zur Ent­ schwefelung des Abscheiders 40 durchgeführte Vorgänge. Diese Programmteile werden ausgeführt, nachdem festgestellt wurde, daß geeignete Bedingungen zur Abscheiderentschwefelung vorliegen. Zur Bestimmung der Eingangsbedingungen, beispielsweise wenn eine über einem vorbestimmten Wert liegende Fahrzeugge­ schwindigkeit und ein unter einem vorbestimmten Wert liegender Wirkungsgrad der Stickoxidabscheidung vorliegen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Weitere Bedingungen wie Motordrehzahl, Motorlast und Getriebeübersetzungsverhältnis können hinzugezogen werden. Im allgemeinen findet die Abscheiderentschwefe­ lung statt, wenn der Abscheider 40 mit Schwefel gesättigt ist und eine Verschlech­ terung in seiner Wirksamkeit erkannt wurde bzw. vermutet wird. Desweiteren ist, wie im folgenden noch beschrieben werden wird, eine Mindesttemperatur des Ab­ scheiders erforderlich, damit eine Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Koh­ lenmonoxids durch den überschüssigen Sauerstoff gewährleistet ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein Programmteil zur Vorausberechnung der Temperatur (T) des Abscheiders 40 beschrieben. Zunächst wird in Schritt 210 am Sensor 42 die Ist-Temperatur abgefragt. Wie oben bereits beschrieben worden ist, kann die Ist-Temperatur des Abscheiders unter Verwendung verschiedener Verfah­ ren, die den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, geschätzt werden. An­ schließend wird in Schritt 212 die voraussichtliche Änderung der Abscheidertempe­ ratur (ΔT) anhand der Differenz zwischen dem aktuellen Temperaturwert (T) und dem vorherigen Temperaturwert (Tpre), dividiert durch die Prüfzeit (Δtime), berech­ net. Anschließend wird in Schritt 214 die voraussichtliche Änderung der Abschei­ dertemperatur (ΔT) zwischen dem Höchst- und dem Mindestwert getrimmt, wobei es sich beim Höchst- und beim Mindestwert um vorbestimmte kalibrierbare Werte handelt. Anschließend wird in Schritt 216 zur Bildung des vorausgesagten Tempe­ raturwerts (Tp) die getrimmte voraussichtliche Änderung der Abscheidertemperatur (ΔT) zum aktuellen Temperaturwert (T) addiert. In Schritt 218 wird für die vorherige Temperatur (Tpre) der aktuelle Temperaturwert (T) eingesetzt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein Programmteil zur Ermittlung eines Rückmel­ dungsbetrags zur Regelung der Abscheidertemperatur (T) auf eine gewünschte Temperatur (Tdes) beschrieben. In Schritt 310 wird die gewünschte Entschwefe­ lungstemperatur (Tdes) für den Abscheider 40 ermittelt. In einer bevorzugten Aus­ führungsform handelt es sich hierbei um einen vorbestimmten konstanten Wert. Die gewünschte Temperatur kann jedoch anhand verschiedener Faktoren wie bei­ spielsweise dem Wirkungsgrad des Abscheiders, dem Alter dies Abscheiders und beliebigen weiteren Faktoren, deren beeinträchtigende Wirkung auf die optimale Entschwefelungstemperatur den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, ange­ paßt werden. Anschließend wird in Schritt 312 aus der Differenz zwischen der ge­ wünschten Temperatur (Tdes) und der vorausgesagten Temperatur (Tp) der Tem­ peraturfehler (e) berechnet. In Schritt 314 wird der Temperaturfehler (e) mittels ei­ nes Proportional-Integralreglers (den Fachleuten auf diesem Gebiet als PI-Regler bekannt) verarbeitet, damit das magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis für die Magerge­ mischzylinder eine Korrektur (λLFB) erfährt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein Programmteil zur Berechnung eines voraus­ gesteuerten Korrekturwerts (Feed-Forward-Korrekturwert) für das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis unter Berücksichtigung der Motorlaständerungen be­ schrieben. Zunächst wird in Schritt 410 die Motorlast abgefragt. In einer bevorzug­ ten Ausführungsform stellt die Motorlast das Verhältnis aus dem beispielsweise mittels eines Luftmassenmessers ermittelten Luftdurchfluß im Motor und der Mo­ tordrehzahl dar. Anschließend wird in Schritt 412 die motorlastbedingte Anpassung des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λLLA) als Produkt aus Last und vorbestimmtem Zuwachs (GI) berechnet. Die Lastkorrektur ist notwendig, weil die Motorlast einen großen Einfluß darauf hat, wieviel Wärme dem Abscheider 40 zugeführt wird. Wenn beispielsweise die Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für die Ma­ gergemisch- und Fettgemischzylinder konstant gehalten werden, aber eine wesent­ liche Steigerung des Luftdurchflusses auftritt, wird dem Abscheider 40 wesentlich mehr Wärme zugeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein Programmteil zur Ermittlung einer ge­ wünschten Voranreicherung beschrieben, mit der das gewünschte magere Kraft­ stoff-Luft-Verhältnis versehen werden soll. Die gewünschte Voranreicherung dient als geringfügige Voranreicherung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Gemischs. Dieses geringfügig angefettete Gemisch setzt im Abscheider das eingelagerte Schwefeloxid frei, wenn der Abscheider, wie bereits beschrieben worden ist, die geeignete Entschwefelungstemperatur aufweist. Außerdem erzeugt diese Voranrei­ cherung zusätzliche exotherme Wärme, die eine weitere Erhöhung der Abschei­ dertemperatur fördert. Um diesem Umstand im Sinne einer Voraussteuerung Rech­ nung zu tragen, wird die Voranreicherung auch zur Anpassung (Verringerung) der gewünschten Differenz zwischen dem mageren und dem fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnis verwendet. Auf diese Weise wird die aus der Voranreicherung zuge­ führte zusätzliche Wärme voraussteuernd dadurch neutralisiert, daß weniger exo­ therme Wärme aus der Reaktion der mageren und der fetten Abgase vorgesehen wird. Auf diese Weise kann die Abscheidertemperatur auch bei Zuführung der Voranreicherung präziser auf eine gewünschte Temperatur eingeregelt werden.
Zunächst wird in Schritt 510 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (T) höher oder gleich der gewünschten Temperatur (Tdes) ist. Wenn die Antwort bei Schritt 510 NEIN lautet, wird der Parameter (time_at_temp), der die Zeitdauer erfaßt, während der der Abscheider die gewünschte oder eine höhere Temperatur aufweist, wie in Schritt 512 gezeigt, angepaßt. Andernfalls wird der Parameter time_at_temp, wie in Schritt 514 gezeigt, angepaßt. Anschließend wird in Schritt 516 ermittelt, ob die Ab­ scheidertemperatur (T) höher oder gleich der gewünschten Temperatur (Tdes) ist und ob der Parameter time_at_temp größer als der vorbestimmte Wert min_time ist. Der Wert min_time stellt die Mindestzeit dar, während der die Abscheidertempe­ ratur (T) höher oder gleich der gewünschten Temperatur (Tdes) sein muß, bevor eine Entschwefelung stattfinden kann. Wenn die Antwort bei Schritt 516 NEIN lau­ tet, wird die Anpassung der Voranreicherung (λLRB) in Schritt 518 auf Null gesetzt. Andernfalls wird in Schritt S20 der Anpassungswert für die Voranreicherung (λLRB) anhand der gewünschten Voranreicherung (RB) und dem Parameter time_at_temp berechnet. Im allgemeinen dient der Wert time_at_temp dazu, dem gesamten Ab­ scheidermaterial das Erreichen der gewünschten Temperatur (Tdes) zu ermögli­ chen. Beispielsweise kann zur Berechnung von (λLRB) ein Filter für einen gleiten­ den Mittelwert verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein Programmteil zum Trimmen des gewünsch­ ten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses beschrieben. Zunächst wird in Schritt 610 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (T) höher als die Summe aus einem unteren Regel­ grenzwert (TLO) und einem Sicherheitsfaktor (SF) ist. Wenn die Antwort bei Schritt 610 NEIN lautet, wird anschließend in Schritt 612 für den temporären Wert (temp) das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis (S) eingesetzt. Dadurch wird verhin­ dert, daß einige Zylinder mit magerem Gemisch und einige Zylinder mit fettem Ge­ misch unterhalb der Aktivierungstemperatur des Abscheiders arbeiten. Mit anderen Worten verursacht der Betrieb mit magerem und fettem Gemisch zur Temperatur­ regelung unterhalb einer Aktivierungstemperatur in der Tat eine Verringerung der Temperatur des Abscheiders 40. Dies bewirkt eine Regelungsumkehr und verur­ sacht eine Instabilität des Reglers, was wiederum zu einer Leistungsverschlechte­ rung führt.
Wenn, wie weiter aus Fig. 6 ersichtlich ist, die Antwort bei Schritt 610 JA lautet, wird in Schritt 614 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (T) niedriger als der obere Temperaturgrenzwert (high_limit) ist, wobei high_limit eine über der Summe aus dem unteren Regelgrenzwert (TLO) und dem Sicherheitsfaktor (SF) liegende Tem­ peratur darstellt. High_limit stellt einen Grenzwert dar, unterhalb dessen zur Ver­ meidung eines unzureichenden Regelungsverhaltens keine Regelung mit ge­ schlossenem Regelkreis durchgeführt wird. Wenn die Antwort bei Schritt 614 JA lautet, wird anschließend in Schritt 616 für den temporären Wert (temp) ein vorbe­ stimmter konstanter Wert (λLL) eingesetzt. Dieser vorbestimmte konstante Wert bietet den folgenden Vorteil: Wenn versucht wird, unterhalb einer bestimmten Tem­ peratur eine Temperaturregelung mit geschlossenem Regelkreis durchzuführen, kann es vorkommen, daß sich der Abscheider anfänglich soweit abkühlt, daß seine Temperatur unter die Aktivierungstemperatur fällt. Wenn die Regelung also nicht erfindungsgemäß durchgeführt wird, kann auf diese Weise ein unendlicher Zyklus auftreten, in dem die Abscheidertemperatur nie auf den gewünschten Wert einge­ regelt wird. Der konstante Wert (λLL) wird anhand experimenteller Tests ermittelt, um einen gewissen annehmbaren Temperaturerhöhungsbetrag für den Abscheider 40 vorzusehen.
Wenn, wie weiter aus Fig. 6 ersichtlich ist, die Antwort auf Schritt 614 NEIN lautet, wird für den temporären Wert (temp) das in Schritt 710 ermittelte und im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschriebene gewünschte magere Kraftstoff-Luft- Verhältnis (λL) eingesetzt. Anschließend wird in Schritt 619 der temporäre Wert auf einen Höchstgrenzwert L1 getrimmt. Der Höchstgrenzwert L1 stellt das magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis dar, bei dem, wie im folgenden unter besonderer Bezug­ nahme auf Fig. 10 noch beschrieben werden wird, zur Erhöhung der Abscheider­ temperatur eine maximale inkrementale Wärmezufuhr erfolgt. Bei Einsatz der alter­ nativen Ausführungsformen kann der Höchstgrenzwert das fette Kraftstoff-Luft- Verhältnis oder die Differenz zwischen den Kraftstoff-Luft-Verhältnissen darstellen, bei dem bzw. bei der zur Erhöhung der Abscheidertemperatur eine maximale in­ krementale Wärmezufuhr erfolgt. Damit keine Motorfehlzündungen oder anderen Grenzbedingungen für die Motorstabilität auftreten, können außerdem zusätzliche Grenzwerte verwendet werden. Beispielsweise kann das maximale magere Kraft­ stoff-Luft-Verhältnis anhand von Abbildungsdaten für Motorparameter getrimmt werden, so daß keine Motorfehlzündungen auftreten. In Schritt 1020 wird für das getrimmte gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis der temporäre Wert (temp) eingesetzt.
Wenn wie hier beschrieben die Reihenfolge der Schritte umgekehrt wird und zu­ nächst das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis berechnet wird, kann im obi­ gen Programmteil einfach das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit geeig­ neter Anpassung der Kalibrierungsparameter anstelle des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzt werden. Analog kann mittels einfacher Er­ setzung auch der Wertebereich für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird das gewünschte magere Kraftstoff-Luft- Verhältnis (λL) zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung in die Magergemischzylinder berechnet, wobei der Parameter λ ein den Fachleuten auf diesem Gebiet bekann­ tes relatives Kraftstoff-Luft-Verhältnis angibt. In Schritt 710 wird das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λL) berechnet, wobei GRB einen vorbestimmten Zuwachs darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λL) wie nachfolgend gezeigt berechnet:
λL = (-λLRB . GRB - λLLA + λLFB)
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λR) anhand des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses berechnet. Das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis dient zur Regelung der Kraftstoffe­ inspritzung in die mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder. Zunächst wird in Schritt 810 das getrimmte gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λLd) aus dem oben unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen Schritt 620 abgefragt. Anschlie­ ßend wird in Schritt 812 das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgasge­ mischs (λdes) ermittelt, wobei sich der Parameter (λ) wiederum auf ein relatives Kraftstoff-Luft-Verhältnis bezieht. In Schritt 814 wird das Verhältnis (R) aus der An­ zahl der Magergemischzylinder und der Anzahl der Fettgemischzylinder berechnet. Anschließend wird in Schritt 816 das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis (λR) nach der folgenden Gleichung berechnet:
Diese Gleichung kann vereinfacht werden, wenn das gewünschte Kraftstoff-Luft- Verhältnis einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung entspricht und das Verhältnis (R) für die folgende Gleichung gleich Eins ist:
In einer alternativen Ausführungsform kann die Berechnungsreihenfolge hinsichtlich des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und des gewünschten fet­ ten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses umgekehrt werden. Mit anderen Worten kann das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis anhand der Rückmeldungskorrektur (λLFB), der Anpassung durch die Voranreicherung (λLRB) und der Anpassung des mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λLLA) berechnet und in ähnlicher Weise wie das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis getrimmt werden. Anschließend wird das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis nach der folgenden Glei­ chung berechnet:
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Abscheidertemperatur (T) mittels des Wertebereichs des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und der Differenz zwi­ schen dem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis und dem fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnis berechnet werden. In diesem Fall wird der Wertebereich für das ge­ wünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Δλ) anhand des Temperaturfehlers, der vor­ ausgesteuerten Lastkorrektur und der vorausgesteuerten Voranreicherungskorrek­ tur ermittelt. Der Wertebereich für das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Δλ) kann anschließend in ähnlicher Weise wie beim Trimmen des gewünschten mage­ ren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses getrimmt werden. Anschließend können das ge­ wünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis und das gewünschte fette Kraftstoff- Luft-Verhältnis wie in den nachfolgenden Gleichungen gezeigt ermittelt werden:
Für den einfachen Fall, in dem das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Ab­ gasgemischs (λdes) einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung entspricht und das Verhältnis (R) gleich Eins ist, kann die folgende, einfachere Gleichung verwendet werden:
Anschließend wird das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis einfach anhand der folgenden Gleichung berechnet:
λR = λL - Δλd
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird ein Programmteil zur Berechnung der Signale für die Impulsbreite der Kraftstoffeinspritzung (fpwL und fpwR) beschrieben. In Schritt 910 wird die Impulsbreite für die magere Kraftstoffeinspritzung anhand des über den Luftmassenmesser (MAF) ermittelten Luftdurchflusses im Motor, der An­ zahl der mit magerem und mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder, des stöchio­ metrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (S) und des gewünschten mageren Kraft­ stoff-Luft-Verhältnisses (λL) berechnet. Anschließend wird in Schritt 912 die Im­ pulsbreite für die fette Kraftstoffeinspritzung anhand des über den Luftmassenmes­ ser (MAF) ermittelten Luftdurchflusses im Motor, der Anzahl der mit magerem und mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder, des stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnisses (S), des gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λR) und der Voranreicherungskorrektur (λLRB) berechnet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 ist ein Graph dargestellt, der eine Näherungsbezie­ hung zwischen der inkrementalen Wärmezufuhr zum Abscheider und dem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch (λL), der Differenz zwischen den Kraftstoff-Luft- Verhältnissen (Δλ) oder dem Kehrwert des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λR)-1 darstellt. Der Graph zeigt einen bestimmten, die maximale Wärmezufuhr darstel­ lenden Wert. Eine Erhöhung der Temperatur über diesen Punkt hinaus führt zu ei­ ner geringeren oder sogar negativen Wärmezufuhr zum Abscheider. Auf diese Weise muß die Regelung zur Verhinderung von Regelinstabilitäten und einer nicht optimalen Regelung auf den Wert L1 begrenzt werden. Die inkrementale Wärme­ zufuhr zum Abscheider kann relativ zur stöchiometrischen Gemischzusammenset­ zung ermittelt werden. Bei der inkrementalen Wärmezufuhr ist sowohl die aufgrund des von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichenden Betriebs auftre­ tende Abkühlung der aus dem Motor strömenden Abgase als auch die proportional zur Differenz zwischen dem mageren und dem fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis er­ folgende Wärmezufuhr durch die exotherme Reaktion berücksichtigt.
Es sind bereits verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wor­ den, aber die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, sondern es gibt noch weitere Beispiele, die ebenfalls beschrieben werden könnten. Beispielsweise kann die Er­ findung vorteilhafterweise auch zusammen mit Direkteinspritzungsmotoren verwen­ det werden, in denen NOX-Abscheider eingesetzt werden können. Die Erfindung ist daher nur durch die anhängenden Ansprüche definiert.

Claims (21)

1. Verfahren zur Regelung der Temperatur einer in einer Vorrichtung zur Abgas­ durchführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und ei­ nem zweiten Zylinder eingebauten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Schritte:
Erzeugung eines gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten Zylinder und eines gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den zweiten Zylinder anhand der Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvor­ richtung,
Begrenzung des genannten mageren und des genannten fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnisses anhand der Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungs­ vorrichtung,
Betrieb des ersten Zylinders mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft- Verhältnis und
Betrieb des zweiten Zylinders mit dem gewünschten feilen Kraftstoff-Luft- Verhältnis.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das begrenzte ma­ gere und das begrenzte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis anhand einer relativ zum Betrieb mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung definierten inkre­ mentalen Wärmezufuhr zur Vorrichtung getrimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das begrenzte ma­ gere und das begrenzte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis anhand von Grenzwer­ ten für die Motorstabilität getrimmt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt zur Begrenzung des mageren und des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses au­ ßerdem die folgenden Schritte beinhaltet:
Einsetzen vorbestimmter Werte für das genannte gewünschte magere und fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis, wenn die Temperatur der genannten Schadstoffbe­ grenzungsvorrichtung höher als ein unterer Wert und niedriger als ein oberer Wert ist und
Einstellen des genannten gewünschten mageren und fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnisses anhand einer Differenz zwischen einer gewünschten Temperatur und der Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung, wenn die Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung höher als der genannte obere Wert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte magere und fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit der stöchiometrischen Gemisch­ zusammensetzung gleichgesetzt werden, wenn die Temperatur der Schad­ stoffbegrenzungsvorrichtung niedriger als der genannte untere Wert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Wert an­ hand der Aktivierungstemperatur (Light-Off-Temperatur) der Schadstoffbegren­ zungsvorrichtung ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ge­ nannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung um einen NOX-Abscheider handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte untere Wert anhand der Summe aus der genannten Aktivierungstemperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung und einem vorbestimmten Versatzwert er­ mittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte inkre­ mentale Wärmezufuhr zusätzliche, durch Erhöhung der Differenz zwischen dem gewünschten mageren und dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnis zur Vorrichtung zugeführte Wärme darstellt, wobei entsprechende Verringerungen der einzelnen Abgastemperaturen aus dem ersten und dem zweiten Zylinder berücksichtigt werden.
10. Verfahren zur Regelung der Temperatur einer in einer Vorrichtung zur Abgas­ durchführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und ei­ nem zweiten Zylinder eingebauten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Schritte:
Erzeugung eines gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten Zylinder und eines gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den zweiten Zylinder zur Regelung der Temperatur der Schadstoffbegren­ zungsvorrichtung,
Einstellung des gewünschten mageren und des gewünschten fetten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses auf vorbestimmte Werte, wenn die Temperatur der genann­ ten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung höher als ein unterer Wert und niedriger als ein oberer Wert ist,
Einstellung des gewünschten mageren und des gewünschten fetten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses anhand einer Differenz zwischen einer gewünschten Tempe­ ratur und der Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung, wenn die Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung höher als der genannte obere Wert ist,
Einstellung des gewünschten mageren und des gewünschten fetten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses auf die stöchiometrische Gemischzusammensetzung, wenn die Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung niedriger als der genannte untere Wert ist und
Betrieb des ersten Zylinders mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft- Verhältnis und
Betrieb des zweiten Zylinders mit dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnis.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem das Trimmen des gewünschten mageren und des gewünschten fetten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses anhand einer relativ zum Betrieb der genannten Zylinder mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung definierten inkrementalen Wär­ mezufuhr erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem das Trimmen des gewünschten mageren und des gewünschten fetten Kraftstoff- Luft-Verhältnisses anhand von Grenzwerten für die Motorstabilität erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte unte­ re Wert anhand einer Aktivierungstemperatur der Schadstoffbegrenzungsvor­ richtung ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ge­ nannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung um einen NOX-Abscheider handelt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte unte­ re Wert anhand der Summe aus der Aktivierungstemperatur und einem vorbe­ stimmten Versatzwert ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte in­ krementale Wärmezufuhr zusätzliche, durch Erhöhung der Differenz zwischen dem gewünschten mageren und dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnis zur Vorrichtung zugeführte Wärme darstellt, wobei entsprechende Verringerungen der einzelnen Abgastemperaturen aus dem ersten und dem zweiten Zylinder berücksichtigt werden.
17. Produktionsartikel, gekennzeichnet durch:
ein Computerspeicher-Medium mit einem codierten Computerprogramm zur Regelung der zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder eines Mo­ tors zugemessenen Kraftstoffmenge anhand jeweils eines gewünschten Kraft­ stoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder, wobei der Motor eine Vorrichtung zur Abgasdurchführung mit einem eingebauten NOX- Abscheider aufweist und das genannte Computerspeicher-Medium gekenn­ zeichnet ist durch:
Code zur Erzeugung des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den er­ sten Zylinder und des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den zwei­ ten Zylinder zur Regelung der Temperatur des genannten Abscheiders,
Code zur Begrenzung des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder anhand der genannten Abscheidertempe­ ratur und
Code zum Trimmen des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder anhand einer relativ zum Betrieb mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung definierten inkrementalen Wär­ mezuführung zum genannten Abscheider.
18. Produktionsartikel nach Anspruch 17, wobei das genannte Medium außerdem gekennzeichnet ist durch:
Code zum Trimmen des jeweils für den ersten und den zweiten Zylinder be­ grenzten gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses anhand der genannten, re­ lativ zum Betrieb mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung definierten inkrementalen Wärmezuführung zum genannten Abscheider, wobei die inkre­ mentale Wärmezuführung zusätzliche, durch Erhöhung der Differenz zwischen dem jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den ersten und den zweiten Zylinder zur Vorrichtung zugeführte Wärme darstellt, wobei entspre­ chende Verringerungen der einzelnen Abgastemperaturen aus dem ersten und dem zweiten Zylinder berücksichtigt werden.
19. Produktionsartikel nach Anspruch 17, wobei das genannte Medium gekenn­ zeichnet ist durch:
Code zum Einstellen des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder auf vorbestimmte Werte, wenn die Ab­ scheidertemperatur über einem oberen Wert liegt,
Code zum Einstellen des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder anhand einer Differenz zwischen einer gewünschten Temperatur und der genannten Abscheidertemperatur, wenn die Abscheidertemperatur niedriger als der genannte obere Wert und höher als ein unterer Wert ist und
Code zum Einstellen des gewünschten mageren und fetten Kraftstoff-Luft- Verhältnisses auf die stöchiometrische Gemischzusammensetzung, wenn die Abscheidertemperatur niedriger ist als der genannte untere Wert.
20. Produktionsartikel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der ge­ nannte untere Wert anhand einer Aktivierungstemperatur des Abscheiders er­ mittelt wird.
21. Produktionsartikel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der ge­ nannte untere Wert anhand der Summe aus der Aktivierungstemperatur des Abscheiders und einem vorbestimmten Versatzwert ermittelt wird.
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