DE102005061876A1

DE102005061876A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102005061876A1
Application number: DE102005061876A
Authority: DE
Inventors: Joerg Lange
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: JP2007170382A; FR2895444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Motorblock und mindestens einer Abgasführung, die mindestens einen Katalysator und einen nachgeschalteten Partikelfilter aufweist, wobei mittels mindestens einer Messeinrichtung die Temperatur in der Abgasführung und die Temperatur von mindestens einer seiner Komponenten überwacht und bei Temperaturüberschreitung ein mehrstufiges Maßnahmenkonzept angewendet wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Motorblock, einer mit einer Regeleinrichtung zusammenwirkenden Steuereinheit und mindestens einer Abgasführung, die mindestens einen Katalysator und einen nachgeschalteten Partikelfilter aufweist, zu dessen Temperaturerfassung mindestens eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen ist, wobei in der Steuereinheit kaskadierte Regelkreise implementiert sind, mittels derer bei Überschreitung einer maximal zulässigen Bauteiletemperatur Gegenmaßnahmen einleitbar sind. DOLLAR A Damit kann eine verbrauchsoptimierte innermotorische Aufheizung des Partikelfilters zu seiner Regeneration erreicht werden, ohne dass die maximal zulässige Bauteiletemperatur der Komponenten in der Abgasführung überschritten wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Motorblock und mindestens einer Abgasführung, die mindestens einen Katalysator und einen nachgeschalteten Partikelfilter aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mit einem Motorblock, einer mit einer Regeleinrichtung zusammenwirkenden Steuereinheit und mindestens einer Abgasführung, die mindestens einen Katalysator und einen nachgeschalteten Partikelfilter aufweist, zu dessen Temperaturerfassung mindestens eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen ist.
Häufig werden Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen mit Abgasnachbehandlungssystemen ausgerüstet, die einen Partikelrußfilter bzw. Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen. Dies ist insbesondere spätestens mit der Verschärfung der Abgasgrenzwerte über EU VI hinaus erforderlich. Der Einsatz von Partikelfiltern stellt ein effizientes Mittel zur Verringerung von Partikeln dar und ist bereits bei verschiedenen Fahrzeugherstellern in Serie eingeführt. Der im Filter angelagerte Ruß muss allerdings diskontinuierlich verbrannt werden, um die gewünschte Filterwirkung zu gewährleisten.
Zur Regeneration des Dieselpartikelfilters sind Temperaturen oberhalb der üblichen Abgastemperaturen notwendig. Ohne zusätzliche Maßnahmen oxidieren die Partikel bei ca. 550 bis 600°C. Durch Kombination des Partikelrußfilters mit einem Oxidationskatalysator (OXI-KAT), durch katalytische Beschichtung des Filters und/oder durch eine Additivzugabe lässt sich die untere Temperaturschwelle für die Oxidation auf unter 500°C absenken. Entwicklungsziel ist allerdings, auf diese Additiv-gestützten Systeme zu verzichten.
In bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine kann der Fall eintreten, dass die Regeneration unkontrolliert schnell oder zu langsam abläuft. Insbesondere bei einem unkontrollierten schnellen Abbrand kann es aufgrund der stark exothermen Oxidation der Partikel zu einer unerwünschten Wärmefreisetzung kommen, die mit steilen, wandernden Temperaturfronten im Filter und sehr hohen Temperaturen einhergehen. Solche Zustände sollten sicher vermieden oder, falls eingetreten, über geeignete Maßnahmen kontrolliert und beherrscht werden. Läuft die Regeneration zu langsam ab, müssen die Regenerationsmaßnahmen zu lange aufrechterhalten werden, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge hat. Zudem besteht die Gefahr, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine unterbrochen oder in einen Betriebszustand überführt wird, der einen Abbruch der Regeneration erzwingt.

Zur Vermeidung derartiger Zustände ist in den Schriften DE-OS 10333441 A1 bzw. EP 1384868 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere eines Partikelfilters, einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dabei ist ein Sollwert (LAS) für ein Lambdasignal (L) oder eine Änderung eines Lambdasignals (L) vorgebbar. Ein Istwert für das Lambdasignal (L) oder für die Änderung des Lambdasignals (L) wird erfasst. Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Istwert und dem Sollwert (LAS) wird ein Ansteuersignal für ein Stellelement, mit dem die Reaktion im Abgasnachbehandlungssystem steuerbar ist, derart vorgegeben, dass sich der Istwert dem Sollwert (LAS) annähert. Mit den Stellelementen kann die Sauerstoffmenge im Abgas beeinflusst werden. Stellelemente können ein Abgasrückführventil, eine Drosselklappe, Stellelemente zur Beeinflussung eines Abgasturboladers und/oder ein Kraftstoffzumesssystem sein, welches eine Nacheinspritzung eines Kraftstoffes in die Brennkraftmaschine vornimmt.

In der Schrift EP 1364110 B1 ist ein weiteres Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung beschrieben, bei dem zur Steuerung eines Regenerationsvorgangs eine Kenngröße in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine und wenigstens einer Betriebskenngröße des Partikelfilters ermittelt wird, welche eine zukünftige Intensität einer Reaktion im Partikelfilter charakterisiert. Bei Überschreitung eines Schwellwertes durch die Kenngröße wird wenigstens eine Maßnahme ergriffen, welche die Sauerstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine vermindert, mit dem Ziel, dass die Kenngröße den Schwellenwert nicht erreicht.

Erreicht der Partikelrußfilter eine gewisse Beladung und ist eine Regeneration des Filters wegen des Motorbetriebszustandes nicht gewährleistet, so ist nach dem Stand der Technik vorgesehen, dass die Abgastemperatur soweit erhöht wird, dass die Partikel schnell verbrennen. Dazu wird die Konzentration an Kohlenwasserstoffen im Abgas erhöht, die dann in einem Oxidationskatalysator umgesetzt werden und zu einer Temperaturerhöhung führen. Die Konzentrationserhöhung im Abgasstrang erfolgt üblicherweise durch eine Nacheinspritzung im Kraftstoffzumesssystem am Motorblock oder durch eine direkte Dosierung von Dieselkraftstoff in die Abgasführung, wobei die Dosiermenge normalerweise betriebspunktabhängig vorgegeben wird. Bekannt sind im Zusammenhang mit einer Konzentrationserhöhung von Kohlenwasserstoffen weiterhin eine Ansaugluftdrosselung sowie eine Raildruckabsenkung. Weiterhin bekannt sind auch Verfahren, bei denen eine Spätverschiebung der Haupteinspritzung und eine abgesetzte Nacheinspritzung eingesetzt werden.

Insbesondere bei Partikelfiltern in motorferner Unterflurposition begrenzt die maximal zulässige Temperatur von Abgaskrümmer, Turbine und Vorkatalysator die bereitgestellte Abgasenergie. Um die Aufheizung möglichst effizient darzustellen, müssen die innermotorischen Eingriffe Ansaugluftdrosselung, Spätverschiebung der Haupteinspritzung, geänderte Voreinspritzung, und/oder Nacheinspritzung dennoch möglichst dicht an die zulässigen Temperaturen appliziert werden. Um Feldeinflüsse oder Umwelteinflüsse und Serientoleranzen abzufangen, ist aber ein Sicherheitsabstand einzuhalten, der zumindest die notwendige Aufheizzeit verlängert und damit den Kraftstoffverbrauch weiter erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems bereitzustellen, das eine sichere und verbrauchsgünstige innermotorische Aufheizung zur Regeneration des Partikelfilters ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mittels mindestens einer Messeinrichtung die Temperatur in der Abgasführung und die Temperatur von mindestens einer seiner Komponenten überwacht und bei Temperaturüberschreitung ein mehrstufiges Maßnahmenkonzept angewendet wird. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann insbesondere bei extremen Umwelteinflüssen, wie beispielsweise extreme Umgebungstemperaturen oder extreme Höhe, die applizierte Heizstrategie zur Partikelfilter-Regeneration mit geringerem Sicherheitsabstand dargestellt werden. Dies ermöglicht eine besonders sichere und verbrauchsgünstige innermotorische Aufheizung.

In bevorzugter Ausführungsform ist zunächst vorgesehen, dass in einer ersten Stufe unter Normalbedingungen in einem Regelkreis eine Regelung der Temperatur mittels innermotorischer Stellgrößen durchgeführt wird, wobei die Applikation nahe der zulässigen Bauteiletemperatur erfolgt. Dies ermöglicht eine besonders effektive Aufheizung des Partikelfilters. Die Zeit für die Regeneration wird dadurch deutlich verkürzt, was sich vorteilhaft im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

Als innermotorische Stellgröße kann eine Verringerung der Ansaugluftdrosselung und/oder eine Nacheinspritzung bei einer geschlossenen oder nahezu geschlossenen Drosselklappe einer Abgasrückführung durchgeführt werden. Zusätzliche Einrichtungen, die zur Aufheizung erforderlich wären, sind daher nicht erforderlich.

Bei einer zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur wird in einer zweiten Stufe eine Grenzwertregelung durchgeführt, die auf die Drosselklappe der Abgasrückführung einwirkt und diese in Stufen oder stetig öffnet. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine unmittelbare Absenkung der kritischen Bauteiletemperatur von Krümmer und ggf. einem Turbolader möglich ist, ohne dass bereits die Partikelfilter-Aufheizung reduziert werden muss. Voraussetzung ist allerdings, dass die Abgasrückführung während des Heizbetriebes nur minimal geöffnet oder völlig geschlossen ist, was für viele Motoranpassungen aber wegen der Gefahr erhöhter Russbildung oder Verbrennungsschwankungen obligatorisch ist.

In bevorzugter Ausführungsvariante wird ein Stelleingriff in der Grenzwertregelung auf eine betriebspunktabhängige maximale Rückführmasse begrenzt, was die Gefahr einer erhöhten Russbildung verringert und andererseits noch für genügend Drehmomentreserven vorteilhaft ist.

Wird bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur in einer nächsten Stufe eine weitere Grenzwertregelung durchgeführt, die auf Heizsteuerungsgrößen für den Partikelfilter einwirkt, kann erreicht werden, dass Schutzmaßnahmen ergriffen werden können, die direkt eine Absenkung der Temperatur in der Abgasführung zur Folge haben.

In bevorzugter Verfahrensvariante kann innerhalb der Grenzwertregelung bei Temperaturüberschreitung die Nacheinspritzmenge der Nacheinspritzung verringert und/oder eine Spätverschiebung der Nacheinspritzung und/oder eine Verringerung einer Ansaugluftdrosselung und/oder eine Frühverschiebung einer Haupteinspritzung zurückgenommen werden. Mit diesen Maßnahmen ist eine deutliche Reduzierung der Temperaturen für die Komponenten in der Abgasführung möglich.

Als Notreaktion wird bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur in einer letzten Stufe die gesamten innermotorischen Maßnahmen zur Partikelfilter-Aufheizung abgebrochen. Diese Sicherheitsabschaltung verhindert eine zerstörerische Überschreitung der maximalen Bauteiletemperatur, falls die davor durchgeführten Regelverfahren keine genügende Temperaturabsenkung bewirkt haben.

Zum Rücksetzen ist in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass bei einer Unterschreitung der maximalen Bauteiletemperatur die Maßnahmen entsprechend der Eskalationsstufen des Maßnahmenkonzeptes wieder stufenweise zurückgenommen werden.

In bevorzugter Ausführungsvariante wird die kritische Bauteiletemperatur durch Temperaturmessung oder mittels einer Modellierung überwacht. Bei einer Modellierung können auch komplexe Zusammenhänge, die von einer Vielzahl von Einflussfaktoren abhängen, mit berücksichtigt werden. Aus dem realen Temperaturanstieg unter Berücksichtigung einer zusätzlichen Toleranz und einem Vergleich dieses Wertes mit dem in einem Modell berechneten Temperaturanstieg können kurzzeitige Temperaturschwankungen oder Toleranzabweichungen bei den Temperatursensoren detektiert werden, was zu einer weniger störanfälligen Temperaturregelung beiträgt.

Eine besonders exakte Temperaturregelung kann erreicht werden, wenn die maximal zulässigen Bauteiletemperaturen der Komponenten in der Abgasführung kennfeldabhängig vorgegeben werden. Damit können beispielsweise die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine berücksichtigt und damit eine optimale Regenerationstemperatur für den Partikelfilter angesteuert werden, wobei auch andere Motorenparameter berücksichtigt werden können.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit kaskadierte Regelkreise implementiert sind, mittels derer bei Überschreitung einer maximal zulässigen Bauteiletemperatur Gegenmaßnahmen einleitbar sind. Damit kann sichergestellt werden, dass eine Aufheizung des Partikelfilters im Feld sicher dargestellt werden kann und ein geringeres Risiko zum Heizabbruch besteht. Ein solcher Heizabbruch ist generell zu vermeiden, da nur ein undefinierter und unvollständiger Russabbrand erfolgen würde und nachfolgend eine eindeutige Erkennung der Russbeladung zum sicheren Einleiten der Regeneration deutlich erschwert werden würde.

In bevorzugter Ausführungsform weist die Steuereinheit in einer ersten Stufe einen Regelkreis für eine innermotorische Partikelfilter-Aufheizung, in einer zweiten Stufe eine Grenzwertregelung für eine Abgasrückführung und in einer dritten Stufe eine weitere Grenzwertregelung für die Partikelfilter-Heizsteuerungsgrößen auf. Mit diesen Eskalationsstufen ist eine exakte Temperaturregelung in der Nähe der maximal zulässigen Bauteiletemperatur der Komponenten in der Abgasführung möglich.

Ist die Steuereinheit mittels mindestens einer Signalleitung mit mindestens einem Temperatursensor verbunden und die Steuereinheit zur Regelung der Nacheinspritzmenge mittels einer Signalleitung mit einem Kraftstoffzumesssystem am Motorblock verbunden, kann erreicht werden, dass als innermotorische Maßnahme insbesondere in der ersten Stufe die Nacheinspritzmenge geregelt und bei Temperaturannährung an die maximale Bauteiletemperatur reduziert werden kann.

Eine ebenfalls bevorzugte Variante kann vorsehen, dass die Steuereinheit mittels mindestens einer Signalleitung mit mindestens einer Drosselklappe in der Abgasrückführung und/oder mittels einer weiteren Signalleitung mit einer Ansaugluftdrossel verbunden ist. Damit wird zum einen eine Regulierbarkeit der Abgasrückführmenge ermöglicht und zum anderen als weitere innermotorische Maßnahme eine Regulierung der Ansaugluftmenge erreicht.

In Turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen ist in der Abgasführung vor dem Katalysator ein Abgasturbolader angeordnet, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine deutlich erhöht werden kann.

Zum Schutz des Abgasturboladers vor Überhitzung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit mittels einer Signalleitung mit einem weiteren Temperatursensor in der Abgasführung vor dem Abgasturbolader verbunden ist. Dies ist bei einer Kraftstoffverbrennung im Abgaskrümmer am Motorblock von Bedeutung, da in diesem Fall extrem hohe Temperaturen am Abgasturbolader entstehen können.

Als, die Nacheinspritzung unterstützende Vorrichtung, weist die Abgasführung mindestens eine Kraftstoffzudosiereinrichtung auf, die mittels einer Signalleitung mit der Steuereinheit verbunden ist. Dadurch kann zusätzlich Kraftstoff in die Abgasführung zudosiert werden, um ein, zum schnellen Aufheizen erforderliches fettes Gemisch einzustellen. Die Kraftstoffzudosiereinheit kann damit zusätzlich als weitere Stellgröße in die kaskadierte Temperaturregelung eingebunden sein.

Weist die Steuereinheit mindestens eine Kennfeldeinheit zur Vorgabe der maximalen Bauteiletemperatur auf, können in dieser bevorzugten Ausführungsform auch komplexe Betriebsparameter berücksichtigt werden. Insbesondere in verschiedenen Lastfällen bzw. Betriebsphasen der Brennkraftmaschine kann eine variable Vorgabe der maximalen Bauteiletemperatur zweckmäßig sein.

In bevorzugter Ausführungsvariante kann die Funktionen des Regelkreises und der Grenzwertregelungen in der Steuereinheit als Software und/oder Hardware ausgeführt sein und zumindest teilweise Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung sein, wobei eine als Programm hinterlegte Funktion für die Regelung besonders einfach als Unterprogramm in der gesamten Motorsteuerungssoftware integiert werden kann. Dies ermöglicht auch kostengünstige Software-Updates.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, 2 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasnachbehandlungssystem, die als Hauptkomponenten einen Motorblock 10, eine mit einer Regeleinrichtung zusammen wirkende Steuereinheit 130 und eine Abgasführung 20 aufweist. Die Abgasführung 20 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Katalysator 40 und einen nachgeschalteten Partikelfilter 50 auf. Zusätzlich ist im gezeigten Beispiel in der Abgasführung 20 zur Leistungssteigerung ein Abgasturbolader 30 vorgesehen.
Zur Überwachung der Bauteiletemperatur sind an verschiedenen Stellen Temperatursensoren 70, 80, 90, 100 vorgesehen. Der in Strömungsrichtung erste Temperatursensor 70 befindet sich vor dem Abgasturbolader 30 und dient vor allem zur Überwachung der Temperatur des Abgasturboladers 30 und eines Abgaskrümmers am Motorblock 10 vor dem Abgasturbolader 30. Mit den Temperatursensoren 80, 90 können die Temperaturen vor und hinter dem Katalysator 40 bzw. vor dem Partikelfilter 50 detektiert werden. Der in Strömungsrichtung des Abgases letzte Temperatursensor 100 dient zur Überwachung der Abgastemperatur. Alle Temperatursensoren 70, 80, 90, 100 sind mit entsprechenden Signalleitungen 71, 81, 91, 101 mit der Steuereinheit 130 verbunden.
Die Steuereinheit 130 ist mittels einer Signalleitung 12 mit einem Kraftstoffzumesssystemen 11 am Motorblock 10 verbunden. Das Kraftstoffzumesssystem 11 wird üblicherweise von einer hier nicht dargestellten übergeordneten Motorsteuerung angesteuert.
Zusätzlich weist die Brennkraftmaschine 1 eine externe Abgasrückführung 110 auf, die als aktive Komponente eine verstellbare Drosselklappe 111 besitzt, die über eine Signalleitung 112 mit der Steuereinheit 130 verbunden ist.
Zuluftseitig besitzt die Brennkraftmaschine 1 eine verstellbare Ansaugluftdrossel 120, die mittels einer weiteren Signalleitung 121 ebenfall mit der Steuereinheit 134 in Wirkverbindung steht.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in der Abgasführung – im gezeigten Beispiel hinter dem Abgasturbolader 30 – eine Kraftstoffzudosiereinheit 60 angeordnet ist, die mittels einer Signalleitung 61 mit der Steuereinheit 130 verbunden ist.
In erfinderischer Ausgestaltung sind in der Steuereinheit 130 kaskadierte Regelkreise implementiert, mittels derer bei Überschreitung einer maximal zulässigen Bauteiletemperatur Gegenmaßnahmen einleitbar sind. In einer ersten Stufe ist ein Regelkreis 131 für eine innermotorische Partikelfilter-Aufheizung vorgesehen. In einer zweiten Stufe ist eine Grenzwertregelung 133 für die Abgasrückführung 114 und in einer dritten Stufe eine weitere Grenzwertregelung 134 für die Partikelfilter-Heizsteuerungsgrößen vorgesehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Funktionen des Regelkreises 131 und der Grenzwertregelungen 132, 133 in der Steuereinheit 130 als Software und/oder Hardware ausgeführt und zumindest teilweise Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung sind. Dabei weist die Steuereinheit 130 mindestens eine Kennfeldeinheit zur Vorgabe der maximalen Bauteiletemperatur auf, in der die maximale Bauteiletemperatur betriebspunktabhängig hinterlegt ist.
2 beschreibt das Verfahren anhand eines Ablaufdiagramms. In der Steuereinheit 130 ist vorgesehen, dass mittels mindestens einer Messeinrichtung die Temperatur in der Abgasführung 20 und die Temperatur von mindestens einer seiner Komponenten überwacht und bei Temperaturüberschreitung ein mehrstufiges Maßnahmenkonzept angewendet wird.
In einer ersten Stufe wird unter Normalbedingungen in dem Regelkreis 131 eine Regelung der Temperatur mittels innermotorischer Stellgrößen durchgeführt. Als innermotorische Stellgröße ist zunächst eine Verringerung der Ansauglufdrosselung (ALD) und/oder eine Nacheinspritzung (NE) bei geschlossenen oder nahezu geschlossenen Drosselklappe 111 der Abgasrückführung 110 vorgesehen. Die Bauteiletemperatur (TB) wird in einer Abfrage 135 mit der maximal zulässigen Bauteiletemperatur (Tmax) verglichen. Überschreitet die Bauteiletemperatur (TB) diese für eine bestimmte Mindestzeit, wird in der zweiten Stufe die Grenzwertregelung 132 durchgeführt, die auf die Drosselklappe 111 der Abgasrückführung 110 einwirkt. Dabei wird die Drosselklappe 111 in der Abgasrückführung 110 geöffnet. Hierbei ist bereits eine unmittelbare Absenkung der kritischen Bauteiletemperatur von Abgaskrümmer und Abgasturbolader 30 möglich. Voraussetzung ist allerdings, dass die Abgasrückführung 110 während des normalen Heizbetriebes des Partikelfilters 50 nur minimal geöffnet bzw. geschlossen ist, da sonst die Gefahr einer erhöhten Russbildung und auch von Verbrennungsschwankungen auftreten kann. Der Stelleingriff in der Grenzwertregelung 132 wird daher auch auf eine betriebspunktabhängige maximale Rückführmasse begrenzt.
In einer erneuten Abfrage 135 erfolgt dabei ein wiederholter Vergleich zwischen der Bauteiletemperatur (TB) und der maximal zulässigen Bauteiletemperatur (Tmax). Bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur wird dann in einer nächsten Stufe die weitere Grenzwertregelung 133 durchgeführt, die direkt auf die Heizsteuerungsgrößen für den Partikelfilter 50 einwirkt. Hierbei werden bei Temperaturüberschreitung die Nacheinspritzmenge der Nacheinspritzung (NE) verringert und/oder eine Spätverschiebung der Nacheinspritzung (phi NE) und/oder eine Verringerung einer Ansaugluftdrosselung (ALD) und/oder eine Frühverschiebung einer Haupteinspritzung (phi HE) zurückgenommen.
In einer letzten Stufe werden bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur, was mit einer erneuten Abfrage 135 ermittelt wird, die gesamten innermotorischen Maßnahmen zur Partikelfilter-Aufheizung abgebrochen. Dies geschieht in einer Abbruch-Routine 134.
Bei Unterschreitung der maximalen Bauteiletemperatur können die Maßnahmen entsprechend der Eskalationsstufen des Maßnahmenkonzeptes wieder stufenweise zurückgenommen werden.
Vorteilhaft hinsichtlich einer Entprellung ist es, wenn die kritische Bauteiletemperatur durch Temperaturmessung oder mittels einer Modellierung überwacht wird. Kurzzeitige Temperaturschwankungen können dann als Störungen erkannt werden, ohne dass darauf mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen reagiert werden muss.
In der Praxis führt dieses kaskadierte Regelverfahren beispielsweise dazu, dass für einen applizierten Aufheizbetrieb mit Ansaugluftdrosselung (ALD), Nacheinspritzung (NE) etc. eine Variation der Abgasrückführung (AGR) bewirkt, dass neben einer bekannten Abnahme von NOx im Abgas eine stetige Abnahme der Temperatur nach dem Abgasturbolader 30 erfolgt, was insbesondere mit der Zunahme der externen Abgasrückführung zusammenhängt. Alle weiteren Temperaturverläufe und auch der Drehmomentverlauf sind hiervon zunächst unbeeinflusst.
Mit dem beschriebenen Verfahren und der gezeigten Vorrichtung lässt sich eine Temperaturüberwachung und Regelung realisieren, die einerseits Überhitzungen der Komponenten in der Abgasführung 20 sicher verhindert und andererseits eine verbrauchsoptimierte innermotorische Aufheizung des Partikelfilters 50 zu seiner Regeneration ermöglicht.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Motorblock (10) und mindestens einer Abgasführung (20), die mindestens einen Katalysator (40) und einen nachgeschalteten Partikeifilter (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Messeinrichtung die Temperatur in der Abgasführung und die Temperatur von mindestens einer seiner Komponenten überwacht und bei Temperaturüberschreitung ein mehrstufiges Maßnahmenkonzept angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe unter Normalbedingungen in einem Regelkreis (131) eine Regelung der Temperatur mittels innermotorischer Stellgrößen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als innermotorische Stellgröße eine Verringerung der Ansaugluftdrosselung und/oder eine Nacheinspritzung bei einer geschlossenen oder nahezu geschlossenen Drosselklappe (111) einer Abgasrückführung (110) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur in einer zweiten Stufe eine Grenzwertregelung (132) durchgeführt wird, die auf die Drosselklappe (111) der Abgasrückführung (110) einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stelleingriff in der Grenzwertregelung (132) auf eine betriebspunktabhängige maximale Rückführmasse begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur in einer nächsten Stufe eine weitere Grenzwertregelung (133) durchgeführt wird, die auf Heizsteuerungsgrößen für den Partikelfilter (50) einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Grenzwertregelung (133) bei Temperaturüberschreitung die Nacheinspritzmenge der Nacheinspritzung verringert und/oder eine Spätverschiebung der Nacheinspritzung und/oder eine Verringerung einer Ansaugluftdrosselung und/oder eine Frühverschiebung einer Haupteinspritzung zurückgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer weiterhin zeitlich entprellten Überschreitung der maximal zulässigen Bauteiletemperatur in einer letzten Stufe die gesamten innermotorischen Maßnahmen zur Partikelfilter-Aufheizung abgebrochen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Unterschreitung der maximalen Bauteiletemperatur die Maßnahmen entsprechend der Eskalationsstufen des Maßnahmenkonzeptes wieder stufenweise zurückgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kritische Bauteiletemperatur durch Temperaturmessung oder mittels einer Modellierung überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässigen Bauteiletemperaturen der Komponenten in der Abgasführung (20) kennfeldabhängig vorgegeben werden.
Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachhehandlungssystems einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Motorblock (10), einer mit einer Regeleinrichtung zusammenwirkenden Steuereinheit (130) und mindestens einer Abgasführung (20), die mindestens einen Katalysator (40) und einen nachgeschalteten Partikelfilter (50) aufweist, zu dessen Temperaturerfassung mindestens eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (130) kaskadierte Regelkreise implementiert sind, mittels derer bei Überschreitung einer maximal zulässigen Bauteiletemperatur Gegenmaßnahmen einleitbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (130) in einer ersten Stufe einen Regelkreis (131) für eine innermotorische Partikelfilter-Aufheizung, in einer zweiten Stufe eine Grenzwertregelung (133) für eine Abgasrückführung (110) und in einer dritten Stufe eine weitere Grenzwertregelung (134) für die Partikelfilter-Heizsteuerungsgrößen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (130) mittels mindestens einer Signalleitung (81, 91, 101) mit mindestens einem Temperatursensor (80, 90, 100) verbunden ist und die Steuereinheit (130) zur Regelung der Nacheinspritzmenge mittels einer Signalleitung (12) mit einem Kraftstoffzumesssystem (11) am Motorblock (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (130) mittels mindestens einer Signalleitung (112) mit mindestens einer Drosselklappe (111) in der Abgasrückführung (110) und/oder mittels einer weiteren Signalleitung (121) mit einer Ansaugluftdrossel (120 verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasführungen (20) vor dem Katalysator (40) ein Abgasturbolader (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (130) mittels einer Signalleitung (71) mit einem weiteren Temperatursensor (70) in der Abgasführung (20) vor dem Abgasturbolader (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführung (20) mindestens eine Kraftstoffzudosiereinrichtung (60) aufweist, die mittels einer Signalleitung (61) mit der Steuereinheit (130) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (130) mindestens eine Kennfeldeinheit zur Vorgabe der maximalen Bauteiletemperatur aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen des Regelkreises (131) und der Grenzwertregelungen (132, 133) in der Steuereinheit (130) als Software und/oder Hardware ausgeführt und zumindest teilweise Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung sind.