DE10020639B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder, mit folgenden Schritten:
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 Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40), wobei das genannte magere und das genannte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis innerhalb von Grenzwerten gehalten werden, die variabel in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) bestimmt werden,
Betrieb des ersten Zylinders mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis; und
Betrieb des zweiten Zylinders mit dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Es sind Motorensysteme bekannt, bei denen der Motor zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs 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 vorkommen, daß sich der im Kraftstoff enthaltene Schwefel in der Schadstoffbegren zungsvorrichtung einlagert. Dadurch verschlechtert sich nach und nach die Adsorptionsfähigkeit der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung für Stickoxide sowie die Wirksamkeit der Vorrichtung. Zur Kompensation des Schwefeleffekts stehen mehrere Verfahren zur Schwefeldekontamination zur Verfügung.
  • Eines der Verfahren zur Schwefeldekontamination ist in der amerikanischen Patentschrift U.S. 5,657,625 beschrieben. Es 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, zusätzlicher 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 finden exotherme Reaktionen statt, wobei Wärme zur Erhöhung der Temperatur der Vorrichtung frei wird. Zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Werts für das mittlere 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 magere und das fette Gemisch werden dabei durch Abfragen einer Tabelle mit verschiedenen Korrekturfaktoren ermittelt. Zur Korrektur des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für das magere und das fette Gemisch bei durch die Korrekturfaktoren verursachten Regelungsfehlern wird ein Sensor für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases eingesetzt.
  • Der oben genannte Ansatz ist jedoch mit einem Nachteil behaftet. 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 Abscheider 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 tritt der Umstand auf, daß bei einer zu großen Differenz zwischen den Kraftstoff-Luft-Verhältnissen für die mit magerem und mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder 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.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zu seiner Durchführung anzugeben, bei dem im Betrieb der Zylinder einerseits mit fettem und andererseits mit magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch ein unerwünschter Temperaturabfall der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung verhindert und gleichzeitig der größtmögliche Temperaturanstieg der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
  • Gegenüber der vorgenannten Druckschrift U.S. 5,657,625 zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung also insbesondere dadurch aus, daß die mageren und fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für den ersten bzw. zweiten Zylinder des Verbrennungsmotors, die anhand der Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung bestimmt werden, innerhalb von Grenzwerten gehalten werden, die variabel in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung bestimmt werden.
  • Diese Begrenzung des gewünschten mageren bzw. fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ermöglicht es, einen ungewollten Abfall der Abscheidertemperatur zu verhindern. Mit anderen Worten werden bei niedriger 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 Temperaturregelung 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 Temperaturregelung erfolgt.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer verbesserten Temperaturregelung für NOx-Abscheider.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einem verbesserten Wirkungsgrad 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:
  • 1 eine Blockdarstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung und
  • 2–10 aufgabenorientierte Ablaufdiagramme für verschiedene Vorgänge, die von einem Teil der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden.
  • 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 begrenzten Bereichs für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeiten. 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 arbeitenden Zylinder produzieren Abgase, die unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid enthalten, während die mit magerem Gemisch arbeitenden Zylinder einen Abgasstrom mit Sauerstoffüberschuß produzieren. Die fetten Abgase verlassen die mit fettem Gemisch arbeitenden Zylinder durch den Krümmer für fette Abgase 30 und strömen durch den ersten Dreiwegekatalysator 32. Die mageren Abgase verlassen die mit magerem Gemisch arbeitenden Zylinder durch den Krümmer für magere Abgase 34 und strömen durch den zweiten Dreiwegekatalysator 36. Die mageren und die fetten Abgase werden dann zur Bildung eines Abgasgemischs mit einem für dieses Abgasgemisch spezifischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis zusammengeführt, bevor sie in den NOx-Abscheider 40 für magere Gemische gelangen. Die katalytische Aktivität des Abscheiders 40 fördert eine exotherme chemische 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 alternative 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. Beispielsweise 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 ungleicher Zylinderverteilung wird im folgenden unter besonderer Bezugnahme auf 2–10 noch beschrieben werden.
  • Der Regler 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Anschlüssen für Ein-/Ausgänge 104, einem Nur-Lesespeicher (ROM) 106, einem Arbeitsspeicher (RAM) 108 und einem herkömmlichen Datenbus dargestellt. Es wird gezeigt, daß der Regler 12 verschiedene Signale von den mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren 120 empfängt. Desweiteren wird dem Regler 12 über den Temperaturfühler 42 die Temperatur (T) des Abscheiders 40 gemeldet. Alternativ kann die Temperatur (T) unter Verwendung verschiedener Verfahren, die den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, geschätzt 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.
  • 2–9 sind aufgabenorientierte Ablaufdiagramme für verschiedene, zur Entschwefelung 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 Fahrzeuggeschwindigkeit 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 Abscheiderentschwefelung statt, wenn der Abscheider 40 mit Schwefel gesättigt ist und eine Verschlechterung in seiner Wirksamkeit erkannt wurde bzw. vermutet wird. Desweiteren ist, wie im folgenden noch beschrieben werden wird, eine Mindesttemperatur des Abscheiders erforderlich, damit eine Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids durch den überschüssigen Sauerstoff gewährleistet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 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 Verfahren, die den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, geschätzt werden. Anschließend wird in Schritt 212 die voraussichtliche Änderung der Abscheidertemperatur (ΔT) anhand der Differenz zwischen dem aktuellen Temperaturwert (T) und dem vorherigen Temperaturwert (Tpre), dividiert durch die Prüfzeit (Δtime), berechnet. Anschließend wird in Schritt 214 die voraussichtliche Änderung der Abscheidertemperatur (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 Temperaturwerts (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 3 wird ein Programmteil zur Ermittlung eines Rückmeldungsbetrags zur Regelung der Abscheidertemperatur (T) auf eine gewünschte Temperatur (Tdes) beschrieben. In Schritt 310 wird die gewünschte Entschwefelungstemperatur (Tdes) für den Abscheider 40 ermittelt. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich hierbei um einen vorbestimmten konstanten Wert. Die gewünschte Temperatur kann jedoch anhand verschiedener Faktoren wie beispielsweise dem Wirkungsgrad des Abscheiders, dem Alter des Abscheiders und beliebigen weiteren Faktoren, deren beeinträchtigende Wirkung auf die optimale Entschwefelungstemperatur den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, angepaßt werden. Anschließend wird in Schritt 312 aus der Differenz zwischen der gewünschten Temperatur (Tdes) und der vorausgesagten Temperatur (Tp) der Temperaturfehler (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 Magergemischzylinder eine Korrektur (λLFB) erfährt.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Programmteil zur Berechnung eines vorausgesteuerten Korrekturwerts (Feed-Forward-Korrekturwert) für das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis unter Berücksichtigung der Motorlaständerungen beschrieben. Zunächst wird in Schritt 410 die Motorlast abgefragt. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Motorlast das Verhältnis aus dem beispielsweise mittels eines Luftmassenmessers ermittelten Luftdurchfluß im Motor und der Motordrehzahl 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 Magergemisch- und Fettgemischzylinder konstant gehalten werden, aber eine wesentliche Steigerung des Luftdurchflusses auftritt, wird dem Abscheider 40 wesentlich mehr Wärme zugeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Programmteil zur Ermittlung einer gewünschten Voranreicherung beschrieben, mit der das gewünschte magere Kraftstoff-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 Voranreicherung zusätzliche exotherme Wärme, die eine weitere Erhöhung der Abscheidertemperatur fördert. Um diesem Umstand im Sinne einer Voraussteuerung Rechnung 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 zugeführte 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 S10 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (T) höher oder gleich der gewünschten Temperatur (Tdes) ist. Wenn die Antwort bei Schritt S10 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 S12 gezeigt, angepaßt. Andernfalls wird der Parameter time_at_temp, wie in Schritt S14 gezeigt, angepaßt. Anschließend wird in Schritt S16 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (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 Abscheidertemperatur (T) höher oder gleich der gewünschten Temperatur (Tdes) sein muß, bevor eine Entschwefelung stattfinden kann. Wenn die Antwort bei Schritt S16 NEIN lautet, wird die Anpassung der Voranreicherung (λLRB) in Schritt S18 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 Abscheidermaterial das Erreichen der gewünschten Temperatur (Tdes) zu ermöglichen. Beispielsweise kann zur Berechnung von (λLRB) ein Filter für einen gleitenden Mittelwert verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Programmteil zum Trimmen des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses beschrieben. Zunächst wird in Schritt 610 ermittelt, ob die Abscheidertemperatur (T) höher als die Summe aus einem unteren Regelgrenzwert (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 verhindert, daß einige Zylinder mit magerem Gemisch und einige Zylinder mit fettem Gemisch 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 verursacht eine Instabilität des Reglers, was wiederum zu einer Leistungsverschlechterung führt.
  • Wenn, wie weiter aus 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 Temperatur darstellt. High_limit stellt einen Grenzwert dar, unterhalb dessen zur Vermeidung eines unzureichenden Regelungsverhaltens keine Regelung mit geschlossenem Regelkreis durchgeführt wird. Wenn die Antwort bei Schritt 614 JA lautet, wird anschließend in Schritt 616 für den temporären Wert (temp) ein vorbestimmter konstanter Wert (λLL) eingesetzt. Dieser vorbestimmte konstante Wert bietet den folgenden Vorteil: Wenn versucht wird, unterhalb einer bestimmten Temperatur 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 eingeregelt wird. Der konstante Wert (λLL) wird anhand experimenteller Tests ermittelt, um einen gewissen annehmbaren Temperaturerhöhungsbetrag für den Abscheider 40 vorzusehen.
  • Wenn, wie weiter aus 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 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 Bezugnahme auf 10 noch beschrieben werden wird, zur Erhöhung der Abscheidertemperatur 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 inkrementale Wärmezufuhr erfolgt. Damit keine Motorfehlzündungen oder anderen Grenzbedingungen für die Motorstabilität auftreten, können außerdem zusätzliche Grenzwerte verwendet werden. Beispielsweise kann das maximale magere Kraftstoff-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 zunächst das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis berechnet wird, kann im obigen Programmteil einfach das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit geeigneter Anpassung der Kalibrierungsparameter anstelle des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzt werden. Analog kann mittels einfacher Ersetzung auch der Wertebereich für das Kraftstoff-Luft-Verhältnis verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 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 bekanntes 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 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 Kraftstoffeinspritzung 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 6 beschriebenen Schritt 620 abgefragt. Anschließend wird in Schritt 812 das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgasgemischs (λdes) ermittelt, wobei sich der Parameter (λ) wiederum auf ein relatives Kraftstoff-Luft-Verhältnis bezieht. In Schritt 814 wird das Verhältnis (R) aus der Anzahl 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:
  • Figure 00120001
  • 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:
  • Figure 00120002
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Berechnungsreihenfolge hinsichtlich des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und des gewünschten fetten 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 Gleichung berechnet:
  • Figure 00120003
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Abscheidertemperatur (T) mittels des Wertebereichs des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und der Differenz zwischen dem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis und dem fetten Kraftstoff Luft-Verhältnis berechnet werden. In diesem Fall wird der Wertebereich für das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Δλ) anhand des Temperaturfehlers, der vorausgesteuerten Lastkorrektur und der vorausgesteuerten Voranreicherungskorrektur ermittelt. Der Wertebereich für das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Δλ) kann anschließend in ähnlicher Weise wie beim Trimmen des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses getrimmt werden. Anschließend können das gewünschte magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis und das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis wie in den nachfolgenden Gleichungen gezeigt ermittelt werden:
  • Figure 00130001
  • Für den einfachen Fall, in dem das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgasgemischs (λdes) einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung entspricht und das Verhältnis (R) gleich Eins ist, kann die folgende, einfachere Gleichung verwendet werden:
  • Figure 00130002
  • Anschließend wird das gewünschte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis einfach anhand der folgenden Gleichung berechnet: λR = λL – Δλd
  • Unter Bezugnahme auf 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 stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (S) und des gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (λL) berechnet. Anschließend wird in Schritt 912 die Impulsbreite für die fette Kraftstoffeinspritzung anhand des über den Luftmassenmesser (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 10 ist ein Graph dargestellt, der eine Näherungsbeziehung 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 darstellenden Wert. Eine Erhöhung der Temperatur über diesen Punkt hinaus führt zu einer 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 Wärmezufuhr zum Abscheider kann relativ zur stöchiometrischen Gemischzusammensetzung ermittelt werden. Bei der inkrementalen Wärmezufuhr ist sowohl die aufgrund des von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichenden Betriebs auftretende Abkühlung der aus dem Motor strömenden Abgase als auch die proportional zur Differenz zwischen dem mageren und dem fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis erfolgende Wärmezufuhr durch die exotherme Reaktion berücksichtigt.
  • Es sind bereits verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden, aber die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt, sondern es gibt noch weitere Beispiele, die ebenfalls beschrieben werden könnten. Beispielsweise kann die Erfindung vorteilhafterweise auch zusammen mit Direkteinspritzungsmotoren verwendet werden, in denen NOx-Abscheider eingesetzt werden können. Die Erfindung ist daher nur durch die anhängenden Ansprüche definiert.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors mit zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder, mit folgenden Schritten: 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 Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40), wobei das genannte magere und das genannte fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis innerhalb von Grenzwerten gehalten werden, die variabel in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) bestimmt werden, Betrieb des ersten Zylinders mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis; und Betrieb des zweiten Zylinders mit dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des mageren und/oder fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis derart vorgenommen wird, daß eine im Vergleich zum Betrieb mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung inkrementale Wärmezufuhr zu der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) erreicht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magere und das fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis anhand von Grenzwerten für die Motorstabilität begrenzt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt zur Begrenzung des mageren und des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses außerdem die folgenden Schritte beinhaltet: Einsetzen vorbestimmter Werte für das genannte gewünschte magere und fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis, wenn die Temperatur der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) 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 (40), wenn die Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) 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 Gemischzusammensetzung gleichgesetzt werden, wenn die Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) niedriger als der genannte untere Wert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Wert anhand der Aktivierungstemperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der genannten Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) 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 (40) und einem vorbestimmten Versatzwert ermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte inkrementale Wärmezufuhr zusätzliche, durch Erhöhung der Differenz zwischen dem gewünschten mageren und dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis zur Schadstoffbegrenzungsvorrichtung (40) zugeführte Wärme darstellt, wobei entsprechende Verringerungen der einzelnen Abgastemperaturen aus dem ersten und dem zweiten Zylinder berücksichtigt werden.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Computerspeicher-Medium mit einem codierten Computerprogramm zur Regelung der zumindest einem ersten und einem zweiten Zylinder eines Motors zugemessenen Kraftstoffmenge anhand jeweils eines gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder, wobei der Motor einen NOx-Abscheider aufweist und das genannte Computerspeicher-Medium folgendes aufweist: Steuerbefehle zur Erzeugung des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten Zylinder und des gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den zweiten Zylinder zur Regelung der Temperatur des genannten Abscheiders, Steuerbefehle zur Festlegung von Grenzwerten für das jeweils gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den ersten und den zweiten Zylinder in Abhängigkeit der genannten Abscheidertemperatur; und Steuerbefehle zum Betreiben des ersten Zylinders mit dem gewünschten mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis und Steuerbefehle zum Betreiben des zweiten Zylinders mit dem gewünschten fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis.
  11. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Computerspeichermedium folgendes aufweist: Steuerbefehle zum Einstellen des jeweils für den ersten und den zweiten Zylinder begrenzten gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses anhand einer im Vergleich zum Betrieb mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung inkrementalen Wärmezuführung zum genannten Abscheider (40), wobei die inkrementale Wärmezuführung zusätzliche, durch Erhöhung der Differenz zwischen dem jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis für den ersten und den zweiten Zylinder zum Abscheider (40) zugeführte Wärme darstellt, wobei entsprechende Verringerungen der einzelnen Abgastemperaturen aus dem ersten und dem zweiten Zylinder berücksichtigt werden.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das genannte Computerspeicher-Medium folgendes aufweist: Steuerbefehle zum Einstellen des jeweils gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den ersten und den zweiten Zylinder auf vorbestimmte Werte, wenn die Abscheidertemperatur über einem oberen Wert liegt, Steuerbefehle 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 Steuerbefehle zum Einstellen des gewünschten mageren und fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf die stöchiometrische Gemischzusammensetzung, wenn die Abscheidertemperatur niedriger ist als der genannte untere Wert.
  13. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der genannte untere Wert anhand einer Aktivierungstemperatur des Abscheiders (40) ermittelt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der genannte untere Wert anhand der Summe aus der Aktivierungstemperatur des Abscheiders (40) und einem vorbestimmten Versatzwert ermittelt wird.
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