DE102021003178A1

DE102021003178A1 - Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021003178A1
Application number: DE102021003178.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Lehmann; Andreas Schaible; Markus Schilling; Andreas Schober
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei welchem in einem Heizbetrieb (138) zum Heizen eines Katalysators (48), welcher in einer Abgasanlage (44) angeordnet ist, in jeweiligen Brennräumen (12) jeweils ein Verbrennungsluftverhältnis (140) von λ < 1 eingestellt wird, wobei in dem Heizbetrieb (138) mittels eines elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters (20) verdichtete Luft stromabwärts von Auslassventilen in die Abgasanlage (44) eingebracht wird und wobei in Abhängigkeit von wenigstens einem Routenparameter (146) einer Fahrtroute das Verbrennungsluftverhältnis (140) in den jeweiligen Brennräumen (12) und ein katalysatornahes Verbrennungsluftverhältnis in der Abgasanlage (44) eingestellt wird und/oder in einem von dem Heizbetrieb (138) unterschiedlichen Betriebszustand (156) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter (174), welcher eine Umgebungsinformation (176) einer Umgebung des Kraftfahrzeugs oder eine Fahrsituation (178) des Kraftfahrzeugs wiedergebende Größe oder der Routenparameter (146) oder ein Motorparameter (180) der Verbrennungskraftmaschine (10) ist, die Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Betriebszustand (156) in den Heizbetrieb (138) übergeht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 195 22 165 A1 offenbart eine Regelungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung, die in einer Auspuffleitung angeordnet ist, um die Emissionen von Stickstoffoxiden in die Atmosphäre zu verringern, wobei die Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung betreibbar ist, um Stickstoffoxide zu adsorbieren, die im Auspuffgas enthalten sind, welches von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird, wenn der Motor in einem Magerverbrennungszustand ist. Die Abgasreinigungskatalysatoreinrichtung ist betreibbar, um die adsorbierten Stickstoffoxide zu desoxidieren, wenn die Verbrennungskraftmaschine in einem Fettverbrennungszustand ist, in welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich ist oder fetter als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Zudem beschreibt die DE 44 16 870 C2 ein Verfahren zur Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Verbrennungsmotor, bei welchem dem Verbrennungsmotor zusätzlich zu der Verbrennungsluft auch Druckluft als Zusatzverbrennungsluft zugeführt wird. In einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors ist ein Katalysator angeordnet, dessen Funktion in Abhängigkeit von einem jeweiligen Zustand des Brennstoff-Luft-Gemischs des Verbrennungsmotors geregelt wird. Hierbei wird von elektronischen Steuermitteln jeweils dann die Regelung des Katalysators abgeschaltet, wenn die Zufuhr der Zusatzverbrennungsluft eingeschaltet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders gute Konvertierung von Schadstoffen erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren wird in einem Heizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zum Heizen eines Katalysators, welcher in einer Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, in jeweiligen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine jeweils ein Verbrennungsluftverhältnis von A < 1 eingestellt. Das Verbrennungsluftverhältnis kann insbesondere als Luft-KraftstoffÄquivalenz-Verhältnis bezeichnet werden. Die Abgasanlage ist von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar und kann insbesondere als Abgastrakt bezeichnet werden. Der Katalysator wird mit dem den Abgastrakt durchströmenden Abgas beaufschlagt. Das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen kann insbesondere als Brennraum-Lambda bezeichnet werden. In den jeweiligen Brennräumen können insbesondere als Verbrennung bezeichnete Verbrennungsvorgänge stattfinden, bei welchen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den jeweiligen Brennräumen verbrannt wird, woraus das Abgas resultiert.
Um Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering halten zu können, wird in dem Heizbetrieb durch zumindest partielles Öffnen wenigstens eines Einblasventils mittels eines elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters verdichtete Luft stromabwärts von Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine, welche den jeweiligen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind, und stromaufwärts des Katalysators in die Abgasanlage eingebracht. Mit anderen Worten ausgedrückt verdichtet der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter die insbesondere als Sekundärluft bezeichnete Luft, welche in dem Heizbetrieb über das zumindest teilweise geöffnete Einblasventil an einer Einleitstelle in den Abgastrakt eingeleitet beziehungsweise eingeblasen wird, wobei die Einleitstelle bezogen auf eine Strömungsrichtung des den Abgastrakt durchströmenden Abgases zwischen den Auslassventilen und dem Katalysator angeordnet ist. Das Einblasen der Luft kann insbesondere als Sekundärlufteinblasung oder als Verdichterlufteinblasung bezeichnet werden.
Die mittels des Zusatzverdichters verdichtete Luft kann insbesondere in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder in einen Abgaskrümmer der Abgasanlage eingebracht werden. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Einleitstelle zum Einbringen der verdichteten Luft beziehungsweise Sekundärluft möglichst nahe an den jeweiligen Auslassventilen der Brennräume der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
Als Sekundärluftpumpe wird hierbei der elektrisch angetriebene Zusatzverdichter verwendet, der insbesondere in ein 48 Volt-Bordnetz der Verbrennungskraftmaschine eingebunden sein kann. In vorteilhafter Weise ist der an der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Zusatzverdichter dazu ausgebildet, eine Performance beziehungsweise Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine bei Bedarf zu steigern, indem mittels des elektrischen Zusatzverdichters zusätzliche verdichtete Luft in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann.
Der elektrische Zusatzverdichter ist vorzugsweise zusätzlich zu einem Verdichter eines Abgasturboladers vorgesehen, dessen Turbinenrad im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit dem durch die Abgasanlage strömenden Abgas beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäß wird in dem Heizbetrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer mittels eines Navigationssystems vorgegebenen Fahrroute, über welche das Kraftfahrzeug von seiner aktuellen Position in seine Zielposition fahrbar ist, das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen und/oder ein katalysatornahes Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts der Auslassventile und stromaufwärts des Katalysators in der Abgasanlage, insbesondere mittels der in die Abgasanlage eingebrachten Luft, und/oder ein Zündwinkel eingestellt. Mit anderen Worten ausgedrückt wird, wenn der aus der Fahrroute resultierende Routenparameter einen ersten Parameterwert aufweist, ein erster Brennraum-Lambdawert des Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen und/oder ein erster Lambdawert des katalysatornahen Verbrennungsluftverhältnis in der Abgasanlage eingestellt und/oder ein erster Winkelwert des Zündwinkels eingestellt, wobei wenn der Routenparameter einen von dem ersten Parameterwert unterschiedlichen, zweiten Parameterwert aufweist, ein von dem ersten Brennraum-Lambdawert unterschiedlicher, zweiter Brennraum-Lambdawert des Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen und ein von dem ersten Lambdawert unterschiedlicher, zweiter Lambdawert des Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasanlage und/oder ein von dem ersten Winkelwert unterschiedlicher, zweiter Winkelwert des Zündwinkels eingestellt wird. Vorzugsweise ist das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis in dem Heizbetrieb größer als oder gleich Eins.
Der Routenparameter ist beispielsweise eine Höhe beziehungsweise eine Höheninformation der Fahrtroute, worunter insbesondere eine Höhendifferenz verstanden werden kann, welche das Kraftfahrzeug zu überwinden hat, um von der aktuellen Position über die Fahrtroute in die Zielposition zu fahren. Beispielsweise kann der Routenparameter eine Verkehrsinformation sein. Unter der Verkehrsinformation kann insbesondere eine Verkehrslage beziehungsweise eine Verkehrsdichte, beispielsweise ein Stau, oder eine Sperrung einer Straße verstanden werden. Der Routenparameter kann beispielsweise eine auf der Fahrtroute zu erwartende Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs sein. Unter dem Zündwinkel kann insbesondere ein bezogen auf ein jeweiliges Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine bezeichneter Zündzeitpunkt verstanden werden, bei welchem in dem jeweiligen Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, wodurch die Verbrennungsvorgänge in dem jeweiligen Arbeitsspiel eingeleitet werden.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem Routenparameter wenigstens eine auf der Fahrtroute zu erwartende Motorlast der Verbrennungskraftmaschine ermittelt, insbesondere mittels eines Fahrzeugmodells und/oder eines Motormodells, wobei das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis in der Abgasanlage und/oder der Zündwinkel in Abhängigkeit von der Motorlast eingestellt wird. Die Motorlast kann insbesondere als Lastpunkt bezeichnet werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem von dem Heizbetrieb unterschiedlichen, diesem nachgelagerten Betriebszustand, in welchem das Einbringen der Luft in die Abgasanlage unterbleibt, die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter, welcher eine Umgebungsinformation einer Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Fahrsituation des Kraftfahrzeugs wiedergebende Größe und/oder der Routenparameter und/oder ein Motorparameter der Verbrennungskraftmaschine ist, von dem Betriebszustand in den Heizbetrieb übergeht. Mit anderen Worten ausgedrückt befindet sich die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach Abschluss des Heizbetriebs oder nach einer Unterbrechung des Heizbetriebs, in dem Betriebszustand, wobei wenn der Parameter einen ersten Parameterwert aufweist, die Verbrennungskraftmaschine den Betriebszustand verlässt und in den Heizbetrieb wechselt und wenn der Parameter einen von dem ersten Parameterwert unterschiedlichen, zweiten Parameterwert aufweist, die Verbrennungskraftmaschine in dem Betriebszustand verbleibt und dadurch nicht in den Heizbetrieb übergeht.
Unter der Umgebungsinformation kann beispielsweise eine Temperatur der Umgebung des Fahrzeugs verstanden werden. Bei der Umgebungsinformation kann es sich beispielsweise um eine Car-to-Car-Information handeln, worunter insbesondere eine Information eines von dem Kraftfahrzeug unterschiedlichen, weiteren Kraftfahrzeugs, welches sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindet, verstanden werden kann, wobei die Car-to-Car-Information von dem weiteren Kraftfahrzeug an das Kraftfahrzeug übermittelt wird und dabei von dem Kraftfahrzeug empfangen wird. Die Fahrsituation kann beispielsweise ein Überholvorgang des Kraftfahrzeugs sein. Der Motorparameter kann beispielsweise eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Temperatur des Katalysators, sein. Der Motorparameter kann insbesondere als Motorgröße bezeichnet werden.
Beispielsweise wird in dem Betriebszustand in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter eine insbesondere als Kat-Auskühlung bezeichnete Auskühlung des Katalysators vorausberechnet, wobei in Abhängigkeit von einem Berechnungsergebnis der Vorausberechnung die Verbrennungskraftmaschine von dem Betriebszustand in den Heizbetrieb übergeht oder in dem Betriebszustand verbleibt. Die Vorausberechnung der Kat-Auskühlung kann beispielsweise ein Modell, insbesondere ein Temperaturmodell, des Katalysators umfassen, wobei das Berechnungsergebnis eine zu erwartende Temperatur des Katalysators sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorausberechnung der Kat-Auskühlung wenigstens einen empirischen Zusammenhang umfassen, wobei das Berechnungsergebnis den Temperaturwert umfassen kann.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Im Kaltstart wird in dem Heizbetrieb im Brennraum beispielweise ein fettes Brennraum-Lambda von beispielsweise 0,7 bis 0,85 gefahren beziehungsweise eingestellt. Durch das fette Brennraum-Lambda beziehungsweise eine fette Verbrennung entsteht in dem Abgas ein besonders hoher Anteil von Kohlenwasserstoff-Emissionen (HC) und Kohlenstoffmonoxid-Emissionen (CO). Durch die in Form der Sekundärluft mittels des elektrischen Zusatzverdichters über das Einblasventil in die Abgasanlage eingebrachte Luft, insbesondere Sauerstoff der Luft, und vorzugsweise in Folge mittels einer besonders späten Verbrennungsschwerpunktlage in die Abgasanlage eingebrachte, besonders hohe Temperatur des Abgases oxidieren die HC- und die CO-Emissionen in dem Abgastrakt exotherm. Dadurch werden Schadstoffe, insbesondere HC und CO, welche in Form von Rohemissionen stromauf des Katalysators vorliegen können, umgesetzt, wodurch der Katalysator mittels einer exothermen Reaktion besonders schnell erhitzt beziehungsweise aufgeheizt werden kann. Durch das fette Brennraum-λ werden insbesondere als NO_x-Emissionen bezeichnete Stickoxidemissionen bereits im Brennraum besonders reduziert. Um die Rohemission in dem Kaltstart besonders zu reduzieren und eine Aufheizdauer des Katalysators besonders zu verringern, um einen Light-off des Katalysators möglichst schnell zu erreichen und somit eine besonders frühe Konvertierung der Schadstoffemissionen sicherstellen zu können, stellt die Sekundärlufteinblasung ein besonders effizientes Mittel dar. Unter dem Light-off kann insbesondere eine Anspringtemperatur des Katalysators verstanden werden, bei welcher beziehungsweise über welcher der Katalysator die Schadstoffe besonders effizient umsetzen kann.
Das Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses in den jeweiligen Brennräumen und des Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasanlage in Abhängigkeit von dem Routenparameter und/oder das Übergehen von dem Betriebszustand in den Heizbetrieb beziehungsweise das Verbleiben in dem Heizbetrieb in Abhängigkeit von dem Parameter kann insbesondere als Betriebsstrategie der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Sekundärlufteinblasung bezeichnet werden. Die Betriebsstrategie kann Motorbetriebspunkte und/oder Umgebungs- sowie Vorausschaudaten, inklusive Navigationsroutenplanung und Car-to-Car-Informationen, zur Anpassung einer Regelungsstrategie für ein optimales Abgas-Lambda in abgestimmter Kombination mit Gemischanfettung in den jeweiligen Brennräumen und vorzugsweise zur Anpassung einer Zündwinkelverstellung berücksichtigen. Unter dem Abgas-Lambda kann insbesondere das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis verstanden werden. Unter der Gemischanfettung kann insbesondere das Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses in den jeweiligen Brennräumen von λ < 1 verstanden werden.
Die Betriebsstrategie umfasst vorzugsweise im Wesentlichen eine Freigabe und eine Art beziehungsweise Ausführung der Sekundärlufteinblasung, wobei insbesondere nur so viel Anfettung wie nötig eingestellt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit von unterschiedlichen Randbedingungen. Die Betriebsstrategie kann insbesondere als Freigabestrategie bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die Betriebsstrategie in einem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine oder einem zentralen Antriebsstrang-Steuergerät implementiert.
Die Betriebsstrategie ist vorzugsweise der Regelungsstrategie übergeordnet, worunter insbesondere verstanden werden kann, dass die Regelungsstrategie vorzugsweise in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie umgesetzt wird. Die Regelungsstrategie kann beispielsweise Vorsteuerung und Regelung von Eingriffsgrößen des Einblasventils und/oder eine Drehzahlanpassung des elektrischen Zusatzverdichters umfassen. Dabei kann während des Heizbetriebs eine Regelung des Abgaslambdas in dem Abgastrakt durch das Einblasventil und/oder durch die Drehzahlanpassung einer Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters erfolgen. Dabei können Betriebspunktinformationen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere die Motorlast, und/oder eine Motordrehzahl und/oder eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine und/oder oder eine Dynamik der Verbrennungskraftmaschine, berücksichtigt werden.
Dadurch, dass die übergeordnete Betriebsstrategie Motorbetriebspunkte und/oder Umgebungsdaten, incl. Navigationsroutenplanung und/oder Car-to-Car-Informationen zur Anpassung der Regelungsstrategie berücksichtigen kann, kann ein optimales Abgas-Lambda in abgestimmter Kombination mit der Gemischanfettung in den jeweiligen Brennräumen und der Zündwinkelspätverstellung eingestellt werden. Dadurch kann ein besonders schnelles und ein besonders effektives Kat-Heizen realisiert werden, was besonders geringe Emissionen nach dem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, da infolge der exothermen Reaktion vor dem Katalysator die Rohemission besonders reduziert und der Katalysator nach dem Kaltstart besonders schnell aufgeheizt werden kann. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine besonders früh in ihrem idealen Wirkungsgrad betrieben werden, wodurch die Schadstoffemissionen im Katalysator besonders früh umgesetzt werden können und ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt kann ein optimierter Einsatz der insbesondere als Verdichterlufteinblasung bezeichneten Lufteinblasung zum effektiven Kat-Heizen mittels der erfindungsgemäßen Betriebsstrategie erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Heizbetrieb in Abhängigkeit von dem Routenparameter die Verbrennungskraftmaschine in einem ersten Heizzustand des Heizbetriebs oder in einem von dem ersten Heizzustand unterschiedlichen, zweiten Heizzustand des Heizbetriebs betrieben, wobei in dem ersten Heizzustand das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen kleiner ist als in dem zweiten Heizzustand und/oder das katalysatornahe Abgaslambdas in dem ersten Heizzustand größer ist als in dem zweiten Heizzustand.
In weiterer Ausgestaltung wird die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer auf der Fahrtroute zu erwartenden Motorlast der Verbrennungskraftmaschine ermittelt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer Benutzervorgabe eines Fahrers des Kraftfahrzeugs als Randbedingung ermittelt, wobei die Benutzereingabe eine zu minimierende Fahrzeit oder einen zu minimierenden Kraftstoffverbrauch umfasst.
Vorzugsweise wird dann, wenn die Benutzereingabe die zu minimierende Fahrtzeit umfasst, beziehungsweise wenn die vorausberechneten Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine, aus Höhendaten ermittelt, hohe, über einer Schwelle liegenden, Werte aufweisen, die Verbrennungskraftmaschine in dem zweiten Heizzustand betrieben und wenn die Benutzereingabe den zu minimierenden Kraftstoffverbrauch umfasst, wird die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise in dem ersten Heizzustand betrieben. Der erste und der zweite Heizzustand stellen das Heizen des Katalysators unmittelbar nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine dar.
In weiterer Ausgestaltung geht die Verbrennungskraftmaschine beim Übergehen von dem Betriebszustand in den Heizbetrieb in einen dritten Heizzustand des Heizbetriebs oder in einem von dem dritten Heizzustand unterschiedlichen, vierten Heizzustand des Heizbetriebs über, wobei das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen in dem dritten Heizzustand größer ist als in dem vierten Heizzustand und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis in dem dritten Heizzustand kleiner ist als in dem vierten Heizzustand.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Verbrennungsluftverhältnis in den jeweiligen Brennräumen in dem dritten Heizzustand größer ist als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand und in dem vierten Heizzustand kleiner ist als in dem ersten Heizzustand und größer ist als in dem zweiten Heizzustand und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis in dem dritten Heizzustand kleiner ist als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand und in dem vierten Heizzustand größer ist als in dem ersten Heizzustand und kleiner ist als in dem zweiten Heizzustand.
In einer weiteren Ausführungsform gibt bei einem insbesondere als Regelungsstrategie bezeichneten Verfahren zur Regelung des Heizens des Katalysators ein Steuergerät an den elektrisch angetriebenen Zusatzverdichter und an das Einblasventil eine jeweilige Stellgröße aus. Einem Regler des Steuergeräts werden Signale wenigstens eines Sauerstoffsensors zugeführt. Mittels des wenigstens einen Sauerstoffsensors wird ein Sauerstoffgehalt in dem Abgas erfasst, mit welchem der Katalysator beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist die Betriebsstrategie der Regelungsstrategie übergeordnet.
Das Verfahren beziehungsweise die Regelungsstrategie umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte:

a) Einschalten des Zusatzverdichters;
b) zumindest partielles Öffnen des wenigstens einen Einblasventils;
c) Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses von λ < 1 in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine;
d) Erfassen eines Ist-Werts des Sauerstoffgehalts in dem Abgas mittels des wenigstens einen Sauerstoffsensors;
e) Vergleichen des Ist-Werts mit einem Soll-Wert des Sauerstoffgehalts, wobei der Soll-Wert demjenigen Sauerstoffgehalt des Abgases entspricht, welcher sich im Bereich des Katalysators bei einem Verbrennungsluftverhältnis in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine von etwa λ = 1 einstellen würde, und wobei eine von dem Regler basierend auf einer Abweichung des Ist-Werts von dem Soll-Wert ausgegebene Stellgröße konstant gehalten wird, wenn der Ist-Wert einen von zwei Grenzwerten eines Wertebereichs erreicht, innerhalb dessen der Sollwert angeordnet ist, wobei die beiden den Wertebereich begrenzenden Grenzwerte um etwa 2 % von dem Soll-Wert abweichen. Der Soll-Wert kann appliziert also vorgegeben werden.
f) Spätverstellung eines Zündwinkels, also eine Verschiebung eines Zündzeitpunkts einer dem jeweiligen Brennraum zugeordneten Zündkerze auf einen späteren Zeitpunkt, zu einer Erhöhung der Temperatur an der Einleitstelle.

Indem im Schritt e) die von dem Regler ausgegebene Stellgröße erst dann konstant gehalten wird, wenn der Ist-Wert einen der beiden Grenzwerte erreicht, kann sichergestellt werden, dass die Stellgröße erst dann quasi eingefroren wird, wenn der Ist-Wert dem Soll-Wert vergleichsweise nahe gekommen ist. Auf diese Weise können unerwünschte Reglerschwingungen sehr weitgehend unterbunden werden, und der Soll-Wert wird zuverlässig erreicht. Insbesondere kann einer der beiden Grenzwerte etwa 3 % über dem Soll-Wert liegen, wobei der andere der beiden Grenzwerte etwa 2 % unter dem Soll-Wert liegt.
Mittels dieses Verfahrens lässt sich eine verbesserte Konvertierung von Schadstoffen erreichen. Insbesondere können nämlich Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handelt, nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine besonders weitgehend reduziert werden.
Des Weiteren lässt sich eine Dauer zum Aufheizen des Katalysators stark verringern, so dass der Katalysator sehr rasch seine Anspringtemperatur beziehungsweise Light-Off-Temperatur erreicht. Somit lässt sich mittels des Katalysators sehr früh eine Konvertierung der Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine sicherstellen. Für diese Zwecke stellt die Einblasung der verdichteten Luft oder Sekundärluft, welche mittels des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters realisiert wird, ein sehr effizientes Mittel dar.
Aufgrund des Einstellens des Verbrennungsluftverhältnisses von λ < 1 im Schritt c) ist in dem bei der fetten Verbrennung entstehenden Abgas ein hoher Anteil von Kohlenwasserstoffen (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) enthalten. Dies gilt insbesondere, wenn im Schritt c) ein fettes Brennraum-Lambda aus einem Bereich von λ = 0,7 bis λ = 0,9 eingestellt wird. Diese HC-Emissionen und CO-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine werden mittels des Sauerstoffs exotherm oxidiert, welcher zusammen mit der verdichteten Luft beziehungsweise Sekundärluft in das Abgas eingebracht wird, mit welchem der Katalysator beaufschlagt wird. Das Einbringen der verdichteten Luft in das Abgas wird von dem elektrischen Zusatzverdichter bewirkt, wobei zugleich das wenigstens eine Einblasventil zumindest partiell geöffnet ist, welches daher auch als Verdichterluft-Einblasventil bezeichnet werden kann.
Das exotherme Oxidieren der Kohlenwasserstoffe (HC-Emissionen) und des Kohlenmonoxids (CO-Emissionen) sorgt für ein Anheben der Temperatur des Abgases, mit welchem der Katalysator beaufschlagt wird. Es werden also die in den Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Schadstoffe in Form der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids mit dem Sauerstoff umgesetzt, und durch diese exotherme Reaktion wird der Katalysator besonders schnell aufgeheizt beziehungsweise erhitzt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine das fette Verbrennungsluftverhältnis von λ < 1 (insbesondere von λ = 0,7 bis 0,9) einzustellen, da auf diese Weise die Stickoxid-Emissionen bereits im Brennraum besonders gering gehalten werden. Durch das exotherme Nachverbrennen der HC-Emissionen und der CO-Emissionen wird somit einerseits der wenigstens eine Katalysator besonders rasch aufgeheizt. Gleichzeitig werden die Rohemissionen sehr weitgehend reduziert, welche über die Abgasanlage beispielsweise in die Umgebung des mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs gelangen.
Die stromaufwärts des Katalysators stattfindende exotherme Reaktion führt zu einem Verringern der in den Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Schadstoffe, und zudem wird der Katalysator besonders rasch aufgeheizt, insbesondere im Anschluss an einen Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine. Dadurch kann der Verbrennungsmotor früh wieder mit seinem idealen Wirkungsgrad arbeiten, und die Schadstoffe werden in dem aufgeheizten Katalysator entsprechend früh umgesetzt.
Im Realbetrieb der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors können daher die Emissionen besonders gut und dauerhaft derart eingestellt werden, wie dies bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ gleich Eins der Fall ist. Auf diese Weise wird eine besonders weitgehende Emissionskonvertierung erreicht.
Dies gilt gleichermaßen, wenn zudem ein Aufheizen und/oder ein Regenieren eines in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilters, insbesondere Ottopartikelfilters, stattfindet, und auch dann, wenn für eine hohe Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine die Verbrennungskraftmaschine mit einem fetten Verbrennungsluftverhältnis, also mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ < 1, betrieben wird.
Des Weiteren ist ein zusätzlicher konstruktiver Aufwand besonders gering, wenn die Verbrennungskraftmaschine ohnehin bereits den elektrisch angetriebenen beziehungsweise antreibbaren Zusatzverdichter aufweist. Denn in einem solchen Fall ist lediglich wenigstens eine Leitung von diesem Zusatzverdichter hin zu der Einleitstelle zu verlegen, an welcher die mittels des Zusatzverdichters verdichtete Luft in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. Zusätzlich ist noch das Einblasventil an einer solchen Leitung anzubringen. Auch dies lässt sich konstruktiv sehr einfach und aufwandsarm realisieren.
Indem entweder der Zusatzverdichter oder das Einblasventil mittels des Reglers geregelt wird, kann ein für die Umsetzung der HC-Emissionen und der CO-Emissionen optimaler Sauerstoffgehalt in dem Abgas eingestellt werden, mit welchem der Katalysator beaufschlagt wird. Dieses Abgas-Lambda kann in unterschiedlichen Betriebspunkten eines Fahrzyklus entsprechend geregelt werden.
Insbesondere aufgrund derartiger Parameter kann eine Regelungsstrategie für ein optimales Abgas-Lambda in abgestimmter Kombination mit einer Anfettung des den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Gemischs aus Verbrennungsluft und Kraftstoff angepasst werden. Zusätzlich kann eine Zündwinkelverstellung, also eine Verschiebung eines Zündzeitpunkts einer dem jeweiligen Brennraum zugeordneten Zündkerze auf einen späteren Zeitpunkt, vorgenommen werden.
Das Verfahren ist vorteilhaft gegenüber prinzipiell ebenfalls möglichen Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators in Form von innermotorischen Maßnahmen wie etwa einer Spätverstellung eines Zündwinkels und einer Anhebung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren kann der Aufwand vermieden werden, welcher mit dem Anbringen einer separaten Sekundärluftpumpe an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Denn wenn mittels einer derartigen separaten Sekundärluftpumpe am Zylinderkopf Sekundärluft in das Abgas eingebracht wird, so sind konstruktive Eingriffe in den Zylinderkopf erforderlich, eine Unterbringung nimmt Bauraum in Anspruch und ein Betriebsbereich, welchen eine Sekundärluftpumpe abdecken kann, ist deutlich geringer. Eine Einblasung von Luft mittels eines elektrischen Zusatzverdichters kann vorteilhaft auch im Zylinderkopf erfolgen, wenn dies zielführender bezüglich einer Nachoxidation ist.
Derartige Eingriffe können unter anderem negative Auswirkungen auf die Kühlleistung eines Kühlsystems der Verbrennungskraftmaschine haben, insbesondere wenn ein Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine von den Eingriffen betroffen ist. Dies kann wiederum dazu führen, dass eine gewünschte Leistung der Verbrennungskraftmaschine nicht erbracht werden kann, weil keine ausreichende Kühlung der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet ist.
Zudem müssen derartige konstruktive Eingriffe für jeden Typ einer Verbrennungskraftmaschine separat geprüft und angepasst werden. Anschließend gilt es, eine Dauerhaltbarkeit des Zylinderkopfs über einen Dauerlauf der Verbrennungskraftmaschine und über Prüfstandtests abzusichern. Diese vorstehend genannten Nachteile können bei dem die Schritte a) bis e) aufweisenden Verfahren in vorteilhafter Weise vermieden werden.
Insbesondere die Schritte a), b), c) und d) des Verfahrens können zeitgleich oder in einer anderen Reihenfolge als der durch die alphabetische Abfolge annehmbaren Reihenfolge vorgenommen werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Drehzahl des Zusatzverdichters vorgesteuert wird, wobei als die von dem Regler ausgegebene Stellgröße eine Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils konstant gehalten wird.
Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass eine Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils vorgesteuert wird, wobei als die von dem Regler ausgegebene Stellgröße eine Drehzahl des Zusatzverdichters konstant gehalten wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schritte a) bis e) des Verfahrens im Anschluss an einen Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schritte a) bis e) des Verfahrens durchgeführt werden, wenn eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine einen Schwellenwert, insbesondere einen applizierbaren Schwellwert, von etwa 100 Umdrehungen pro Minute überschreitet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Katalysator als Drei-Wege-Katalysator betrieben wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als der Regler ein proportional-integraler Regler verwendet wird.
Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass zusätzlich zu dem Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses von λ < 1 in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine im Schritt c) ein Zündzeitpunkt einer dem jeweiligen Brennraum zugeordneten Zündkerze der Verbrennungskraftmaschine auf einen späteren Zeitpunkt verschoben wird als in einem Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welcher mittels eines elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters verdichtete Luft wahlweise in einen Zulauftrakt der Verbrennungskraftmaschine oder in einen Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann; und
2 eine Funktionsstruktur für eine solche Verdichterlufteinblasung in den Abgaskrümmer und für eine Einstellung einer Drehzahl des Zusatzverdichters; und
3 eine die Funktionsstruktur gemäß 2 umfassende Reglerstruktur mit zwei Regelungsvarianten; und
4 eine Möglichkeit einer Ausführung der Regelung, bei welcher eine Reglerstellgröße eingefroren beziehungsweise konstant gehalten wird; und
5 ein schematisches Verfahrensdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem in Abhängigkeit von einem Routenparameter einer Fahrtroute ein Heizbetrieb einer Verbrennungskraftmaschine ab Start der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird; und
6 ein schematisches Verfahrensdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem eine Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter von einem Heizbetrieb unterschiedlichen Betriebszustand in den Heizbetrieb übergeht.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welche als fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine 10 ausgebildet ist. Dementsprechend sind jeweiligen Brennräumen 12 der Verbrennungskraftmaschine 10, von welchen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind, jeweilige Zündkerzen 14 zugeordnet. Auch von diesen Zündkerzen 14 sind in 1 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen.
Über einen Zulufttrakt 16 kann den Brennräumen 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 verdichtete Zuluft zugeführt werden. Um die Zuluft zu verdichten, sind vorliegend zum einen ein Abgasturbolader 18 und zum anderen ein elektrisch angetriebener Zusatzverdichter 20 vorgesehen. Ein Verdichterrad 22 des Abgasturboladers 18 ist in einem Leitungszweig 24 des Zulufttrakts 16 angeordnet, über welchen die zu verdichtende Luft angesaugt wird. Stromabwärts des Verdichterrads 22 zweigt von dem Leitungszweig 24 ein weiterer Leitungszweig beziehungsweise eine Zweigleitung 26 ab.
In dieser Zweigleitung 26 ist ein mittels eines (nicht gezeigten) Elektromotors antreibbares Verdichterrad 28 des Zusatzverdichters 20 angeordnet. Stromabwärts des Verdichterrads 28 des Zusatzverdichters 20 mündet die Zweigleitung 26 wieder in den Leitungszweig 24 ein. Stromabwärts der Stelle, an welcher die Zweigleitung 26 in den Leitungszweig 24 einmündet, ist in dem Leitungszweig 24 eine Drosselklappe 36 angeordnet. Wenn die Drosselklappe 36 zumindest ein Stück weit geöffnet ist, kann die verdichtete Luft einen Ladeluftkühler 30 durchströmen, welcher in dem Leitungszweig 24 des Zulufttrakts 16 angeordnet ist.
Von der Zweigleitung 26 zweigen stromabwärts des Verdichterrads 28 des Zusatzverdichters 20 eine erste Verdichterluftleitung 32 und eine zweite Verdichterluftleitung 34 ab. Über die Verdichterluftleitungen 32, 34 kann die mittels des elektrischen Zusatzverdichters 20 verdichtete Luft stromabwärts von (nicht gezeigten) Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine 10, welche einem jeweiligen Brennraum 12 zugeordnet sind, in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 eingebracht werden.
Vorliegend wird die stromaufwärts der Drosselklappe 36 aus dem Zulufttrakt 16 entnommene und mittels des Zusatzverdichters 20 verdichtete Luft in einen Abgaskrümmer 38 der Verbrennungskraftmaschine 10 eingebracht. Hierbei kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, der Abgaskrümmer 38 eine erste Abgasflut 40 und eine zweite Abgasflut 42 umfassen.
Die erste Abgasflut 40 führt Abgas ab, welches aus einer ersten Gruppe der Brennräume 12 stammt, beispielsweise aus den ersten drei der vorliegend beispielhaft gezeigten sechs Brennräume 12. Demgegenüber wird über die zweite Abgasflut 42 Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 abgeführt, welches aus einer zweiten Gruppe der Brennräume 12 stammt, vorliegend also aus drei weiteren Brennräumen 12 der in 1 beispielhaft gezeigten insgesamt sechs Brennräume 12 der Verbrennungskraftmaschine 10.
Wenn eine Abgasanlage 44 der Verbrennungskraftmaschine 10 einflutig ausgebildet ist, also lediglich eine Abgasflut aufweist, so braucht auch nur eine der vorliegend beispielhaft gezeigten Verdichterluftleitungen 32, 34 vorgesehen zu werden, um in diese Abgasflut die mittels des Zusatzverdichters 20 verdichtete Luft oder Sekundärluft einzubringen.
Bei der vorliegend beispielhaft gezeigten Variante der Verbrennungskraftmaschine 10 wird demgegenüber über die erste Verdichterluftleitung 32 die mittels des Zusatzverdichters 20 verdichtete Luft in die erste Abgasflut 40 eingebracht. In analoger Weise wird über die zweite Verdichterluftleitung 34 die verdichtete Luft oder Sekundärluft in die zweite Abgasflut 42 eingebracht.
Das durch die Abgasfluten 40, 42 strömende Abgas wird in an sich bekannter Weise einem in der Abgasanlage 44 angeordneten Turbinenrad 46 des Abgasturboladers 18 zugeführt. Stromabwärts dieses Turbinenrads 46 sind in der Abgasanlage 44 vorliegend ein erster Katalysator 48 und stromabwärts des ersten Katalysators 48 ein zweiter Katalysator 50 angeordnet.
Vorliegend ist der erste Katalysator 48 als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet, während der zweite Katalysator 50 beispielsweise als Stickoxid-Speicherkatalysator ausgebildet sein kann oder einen Stickoxid-Speicherkatalysator umfassen kann. Die nachfolgenden Ausführungen gelten jedoch auch für eine Abgasanlage 44, in welcher lediglich einer der in 1 beispielhaft gezeigten beiden Katalysatoren 48, 50 angeordnet ist.
Da bei der vorliegend beispielhaft gezeigten Verbrennungskraftmaschine 10 die erste Verdichterluftleitung 32 und die zweite Verdichterluftleitung 34 vorgesehen sind, sind auch zwei Einblasventile 52, 54 vorhanden. Hierbei kann mittels des ersten Einblasventils 52 die erste Verdichterluftleitung 32 abgesperrt oder zumindest teilweise freigegeben werden. In analoger Weise kann mittels des zweiten Einblasventils 54 die zweite Verdichterluftleitung 34 abgesperrt oder zumindest teilweise freigegeben werden. Die Einblasventile 52, 54 können auch als Verdichterluft-Einblasventile bezeichnet werden.
Wenn lediglich eine Verdichterluftleitung vorgesehen ist, um die verdichtete Luft oder Sekundärluft stromabwärts der Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine 10 in das Abgas einzubringen, braucht auch nur eines der vorliegend beispielhaft gezeigten beiden Einblasventile 52, 54 vorgesehen zu sein.
In an sich bekannter Weise wird im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 den Brennräumen 12 mittels jeweiliger Injektoren 56 Kraftstoff zugeführt, welcher in einem Kraftstofftank 58 bevorratet ist. In einer entsprechenden Kraftstoffleitung 60 ist vorliegend eine Hochdruckpumpe 62 angeordnet, mittels welcher der Druck des Kraftstoffs erhöht wird, welcher mittels eines der jeweiligen Injektoren 56 in einen jeweiligen der Brennräume 12 eingebracht wird.
Weitere Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 10 wie etwa ein Motorölkreislauf, eine Krftstofftankentlüftung und ein Kühlmittelkreislauf sind zwar in 1 gezeigt. Jedoch braucht auf diesbezügliche Details vorliegend nicht näher eingegangen zu werden.
In einem Heizbetrieb 138 der Verbrennungskraftmaschine 10 wird insbesondere im Anschluss an einen Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 in den jeweiligen Brennräumen 12 ein Verbrennungsluftverhältnis 140 von λ < 1, insbesondere ein fettes Brennraum-Lambda 140 im Bereich von λ = 0,7 bis 0,9 eingestellt. Durch die damit einhergehende fette Verbrennung von Kraftstoff mit in der Luft enthaltenem Sauerstoff, welche über den Zulufttrakt 16 in die Brennräume 12 eingebracht wird, entsteht in dem aus den Brennräumen 12 ausströmenden Abgas ein hoher Anteil von HC-Emissionen und CO-Emissionen.
Des Weiteren wird im Anschluss an den Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 verdichtete Luft beziehungsweise verdichtete Frischluft stromabwärts des elektrischen Zusatzverdichters 20 und somit stromaufwärts der Drosselklappe 36 aus der Zweigleitung 26 entnommen und über die Verdichterluftleitungen 32, 34 in den Abgaskrümmer 38 eingebracht, vorliegend also in die erste Abgasflut 40 und die zweite Abgasflut 42. Der in dieser verdichteten Sekundärluft enthaltene Sauerstoff sorgt für eine exotherme Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) sowie von Kohlenmonoxid (CO).
Zusätzlich kann durch einen späten Verbrennungsschwerpunkt die Temperatur in dem Abgaskrümmer 38 erhöht werden. Diese Maßnahmen führen vorliegend dazu, dass insbesondere der erste Katalysator 48 besonders rasch aufgeheizt wird und somit der erste Katalysator 48 sehr rasch seine Anspringtemperatur erreicht.
Die Menge an Luft oder Sekundärluft, welche in das Abgas eingebracht wird, mit welchem der erste Katalysator 48 beaufschlagt wird, wird über eine Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54, also über einen jeweiligen Öffnungsquerschnitt dieser Bypass-Ventile, und über die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 eingestellt.
Die Verdichterluftleitungen 32, 34 oder Bypass-Leitungen münden vorzugsweise möglichst nahe an den Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine 10 in die Abgasanlage 44. Die Einblasung der Sekundärluft erfolgt demnach gemäß 1 im Bereich des Abgaskrümmers 38 beziehungsweise im Bereich eines Zylinderkopfs der Verbrennungskraftmaschine 10 und dies so nah wie möglich an den Auslassventilen der Brennräume 12 der Verbrennungskraftmaschine 10.
Als die Einblasventile 52, 54 können Ventile, beispielsweise Hubventile, mit Lagerückmeldung zum Einsatz kommen. Des Weiteren können im Rahmen von Versuchen die Parameter beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 variiert werden, um über eine Schwerpunktlage der Verbrennung eine günstige Aktivierungsenergie für die exotherme Reaktion zu erhalten, welche vorliegend in dem Abgaskrümmer 38 beziehungsweise Auslasskanal der Verbrennungskraftmaschine 10 stattfindet.
Zum Erfassen des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird, kann wenigstens ein Sauerstoffsensor etwa in Form einer stromaufwärts des Katalysators 48 in der Abgasanlage 44 angeordneten ersten Lambdasonde 64 verwendet werden. Vorliegend ist diese erste Lambdasonde 64 als Breitband-Lambdasonde ausgebildet. Des Weiteren ist gemäß 1 als weiterer Sauerstoffsensor eine weitere Lambdasonde 66 auf der Höhe des Katalysators 48 in der Abgasanlage 44 angeordnet. Auch mittels der weiteren oder zweiten Lambdasonde 66 kann der Sauerstoffgehalt in dem Abgas erfasst werden, welches den Katalysator 48 durchströmt.
Insbesondere kann mittels der stromaufwärts des Katalysators 48 angeordneten ersten Lambdasonde 64 der Sauerstoffgehalt im Abgas und somit ein Abgas-Lambda 148 bestimmt werden. Hierbei kann die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 so eingestellt beziehungsweise geregelt werden, dass sich während der Sekundärlufteinblasung und somit in einer Aufheizphase des Katalysators 48 ein geeignetes Abgas-Lambda 148 einstellt.
Die Regelung des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, welches mittels des wenigstens einen Sauerstoffsensors vorliegend in Form einer der Lambdasonden 64, 66 erfasst wird, erfolgt während der Aufheizphase des Katalysators 48 wahlweise durch Vorsteuerung des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 in Kombination mit einer Regelung der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 oder durch eine Vorsteuerung der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 in Kombination mit einer Regelung einer Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 beziehungsweise Verdichterluft-Einblasventils.
Übergeordnet ist vorliegend eine sinnvolle Betriebsstrategie und Freigabestrategie von zusätzlich eingebrachten Funktionalitäten zur Vorsteuerung und Regelung dieser Stellgrößen in Form der Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 und der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 erstellt.
In vorteilhafter Weise können bei diesem Verfahren Bauteile verwendet werden, welche bereits in Serie erprobt sind und somit ihre Funktionstüchtigkeit bereits unter Beweis gestellt haben. Des Weiteren ist lediglich eine geringe Anzahl an zusätzlichen Bauteilen erforderlich. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf eine Verringerung des Gewichts und der Kosten sowie den beanspruchten Bauraum. Letzteres wird insbesondere dadurch begünstigt, dass vorliegend der elektrische Zusatzverdichter 20 als Sekundärluftpumpe genutzt wird, welcher ohnehin zur Steigerung der Fahrdynamik der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen ist.
Die für eine Implementierung des Verfahrens zum Aufheizen des wenigstens einen Katalysators 48, 50 vorzusehenden Funktionserweiterungen einer Motorsteuerung, welche vorliegend durch ein in 1 lediglich schematisch gezeigtes Steuergerät 68 vorgenommen wird, sind in vorteilhafter Weise modular und bis auf eine Berücksichtigung eines Füllungsmodells weitgehend entkoppelt. Es sind daher keine tiefgehenden Anpassungen oder Eingriffe in eine grundlegende Funktionsstruktur der Motorsteuerung erforderlich.
Das Steuergerät 68 ist vorliegend zum Steuern und/oder Regeln des wenigstens einen Einblasventils 52, 56 und zum Steuern und/oder Regeln des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 20 ausgebildet. Dementsprechend kann das Steuergerät 68 an das wenigstens eine Einblasventil 52, 54 und an den Zusatzverdichter 20 eine jeweilige Stellgröße 90, 106 ausgeben. Dies soll mit Bezug auf 2 erläutert werden.
In 2 sind Funktionsblöcke von Betriebsweisen gezeigt, welche beim Aufheizen des Katalysators 48 durch die Verdichterlufteinblasung und eine hierbei vorgenommene Anpassung der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 realisiert werden können.
In einer in 2 durch einen ersten Block veranschaulichten Regelungsstrategie 70 sind unterschiedliche Reglervarianten vorgehalten, welche je nach Anwendungsfall beziehungsweise je nach Betriebsart der Verbrennungskraftmaschine 10 eingesetzt werden können.
Zum einen kann die Verdichterlufteinblasung geregelt werden, indem mittels eines Reglers 72 des Steuergeräts 68 (vergleiche 1) die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 geregelt wird, wobei eine Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 vorgesteuert wird.
Bei einer weiteren Reglervariante wird die Verdichterlufteinblasung, also die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54, vorgesteuert, und die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 wird geregelt.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sowohl die Verdichterlufteinblasung und somit die Öffnungsweiten der Einblasventile 52, 54 als auch die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 geregelt werden.
Derartige Zusatzfunktionen zum Aufheizen des Katalysators 48 können abhängig von relevanten Motorgrößen freigegeben werden. Entsprechende in der Regelungsstrategie 70 berücksichtigte Größen können eine von dem Steuergerät 68 gemachte Anforderung umfassen, dass der Katalysator 48 aufgeheizt werden soll.
Des Weiteren kann die Regelungsstrategie 70 beim Aufheizen des Katalysators 48 insbesondere eine Temperaturgrenze der Abgasanlage 44 umfassen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein geeigneter Temperatursensor 74 (vergleiche 1) oder ein Berechnungsmodell zur Ermittlung einer Abgastemperatur verfügbar ist, mittels welchem die Temperatur des durch den Katalysator 48 strömenden Abgases erfasst werden kann.
Des Weiteren kann im Rahmen der Regelungsstrategie 70 vorgesehen sein, dass eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 oberhalb eines applizierbaren Schwellenwerts von etwa 100 Umdrehungen pro Minute liegen soll, damit die applizierbare Freigabedauer erst dann erfolgt, wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 gestartet wird, und nicht bereits beim Einschalten einer Zündung des die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweisenden Kraftfahrzeugs.
Hierbei kann eine Zeitspanne zum Zurücksetzen des Reglers 72 applizierbar sein, so dass Vorsteuerwerte für die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 und die Verdichterlufteinblasung, also die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54, zwar sofort wirksam sind, jedoch der Regler 72 zeitverzögert aktiviert wird.
Weitere Größen der Motorsteuerung, welche im Rahmen der Regelungsstrategie 70 angepasst werden können, können einen Lambda-Sollwert beim Aufheizen des Katalysators 48 umfassen und/oder einen Faktor für eine Grundvorsteuerung einer Luftmasse, welche der Verbrennungskraftmaschine 10 über den Zulufttrakt 16 zugeführt wird.
Zusätzlich ist eine Verzögerung der jeweiligen Freigaben durch Applikation oder ein Berechnungsmodell möglich. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Gültigkeit eines Messwerts abzuwarten, oder die Freigabe erst nach einer Diagnose zu erteilen. Dies kann insbesondere nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen sein, wobei insbesondere zunächst eine Diagnose der wenigstens einen Lambdasonde 64, 66 vorgenommen werden kann.
In 2 veranschaulicht ein erster Pfeil 76 eine Freigabe einer Vorsteuerung 78 des wenigsten einen Einblasventils 52, 54. Ein weiterer Pfeil 80 veranschaulicht eine Freigabe des Reglers 72. Dementsprechend kann nach der Freigabe des Reglers 72 eine Regelung 82 des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 vorgenommen werden, also eine Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 geregelt werden. Hierbei kann eine Lambda-Regelung der Öffnungsweite vorgenommen werden.
Der Regler 72 kann insbesondere als proportional-integraler Regler 72 (PI-Regler) ausgebildet sein. Hierbei können vorzugsweise eine proportionale Reglerverstärkung (Kp) und eine integrale Reglerverstärkung (Ki) abhängig von einer Regeldifferenz angepasst werden.
Gemäß 2 kann einem Knoten 84 ein Vorsteueranteil der Verdichterlufteinblasung und einen Regleranteil der Verdichterlufteinblasung zugeführt werden. Ein von dem Knoten 84 ausgehender Pfeil 86 veranschaulicht eine Ansteuerung einer Diagnose in einem Diagnoseblock 88, in welchem eine Stellgrößenbeschränkung vorgenommen werden kann.
Ein Ergebnis eines in 2 dargestellten ersten Zweigs der Funktionsstruktur ist die Stellgröße 90, welche an das wenigstens eine Einblasventil 52, 54 ausgegeben wird (vergleiche 1). Infolge des Ausgebens dieser Stellgröße 90 wird also die Öffnungsweite des jeweiligen Einblasventils 52, 54 eingestellt.
In einem zweiten Zweig der in 2 gezeigten Funktionsstruktur veranschaulicht ein weiterer Pfeil 92 eine Freigabe einer Vorsteuerung 94, wobei bei Ausführung der Vorsteuerung 94 die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 vorgesteuert wird. Für die jeweiligen Vorsteuerungen 78, 94 kann ein Stationär-Kennfeld verwendet werden, welches eine Last und eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 berücksichtigen kann.
In analoger Weise wie für das wenigstens eine Einblasventil 52, 54 beschrieben, veranschaulicht in dem zweiten Zweig in 2 ein weiterer Pfeil 96 eine Freigabe des Reglers 72 für eine Regelung 98 der Drehzahl des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 20. Auch hierbei kann eine Lambda-Regelung vorgenommen werden, bei welcher der vorzugsweise als PI-Regler ausgebildete Regler 72 (vergleiche 1) verwendet wird. Auch hier können vorzugsweise Reglerverstärkungen in Form der proportionalen Verstärkung (Kp) und der integralen Verstärkung (Ki) abhängig von einer Regeldifferenz angepasst werden.
Auch von den Blöcken, welche in 2 die Vorsteuerung 94 und die Regelung 98 des Zusatzverdichters 20 veranschaulichen, führen so wie in dem ersten Zweig der Funktionsstruktur jeweilige Pfeile zu einem Knoten 100. Dem Knoten 100 kann somit ein Vorsteueranteil der Drehzahl des Zusatzverdichters 20 beziehungsweise ein Regleranteil der Drehzahl des Zusatzverdichters 20 zugeführt werden.
Ein von dem Knoten 100 abgehender Pfeil 102 führt zu einem Diagnoseblock 104, in welchem eine Stellgrößenbeschränkung vorgenommen werden kann. Ein Ergebnis des zweiten in 2 dargestellten Zweigs der Funktionsstruktur oder Funktionsstrategie ist die Stellgröße 106, welche von dem Steuergerät 68 an den elektrischen Zusatzverdichter 20 ausgegeben werden kann (vergleiche 1). Infolge des Ausgebens dieser Stellgröße 106 wird also die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 eingestellt.
Weitere Pfeile 107 in 2 veranschaulichen mögliche Anpassungen von Größen in der Motorsteuerung, welche in das Steuergerät 68 implementiert ist. Diese Größen können wie erwähnt einen Lambda-Sollwert beim Aufheizen des Katalysators 48 und einen Faktor bei der Grundvorsteuerung der Luftmasse umfassen, welche der Verbrennungskraftmaschine 10 über den Zulufttrakt 16 zugeführt wird.
Vorliegend werden Maßnahmen ergriffen, um Schwankungen der Regelgröße Lambda zu verringern. Diese Maßnahmen umfassen ein Einfrieren beziehungsweise Konstanthalten der jeweiligen Regler-Stellgröße, vorliegend also einer der Stellgrößen 90, 106, in Sollwertnähe.
Mögliche Stellhebel für eine effektive Verdichterlufteinblasung zum Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 beinhalten insbesondere eine Verdichterluftfreigabe und eine verzögerte Verdichterluftfreigabe. Des Weiteren kann die jeweilige Reglervariante vorgegeben werden.
Es kann also insbesondere vorgegeben werden, dass die von dem Regler 72 (vergleiche 1) ausgegebene Stellgröße 90 die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 konstant gehalten wird, sobald die Stellgröße 90 sich in Sollwertnähe befindet. Bei dieser Reglervariante wird mittels des Reglers 72 die Drehzahl des Zusatzverdichters 20 vorgesteuert. Es wird also die Vorsteuerung 94 des Zusatzverdichters 20 und die Regelung 82 der Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 (vergleiche 2) solange realisiert, bis sich durch Ausgeben der Stellgröße 90 ein Ist-Wert des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird, ausreichend weit an einen Soll-Wert 114 (vergleiche 4) des Sauerstoffgehalts angenähert hat. Der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts kann beispielsweise mittels der ersten Lambdasonde 64 erfasst werden.
Bei einer alternativen Reglervariante wird als die von dem Regler 72 ausgegebene Stellgröße 106 die Drehzahl des Zusatzverdichters 20 konstant gehalten, sobald die Stellgröße 106 sich in Sollwertnähe befindet. Bei dieser alternativen Reglervariante wird mittels des Reglers 72 die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 vorgesteuert. Es wird also die Vorsteuerung 78 der Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 und die Regelung 98 des Zusatzverdichters 20 (vergleiche 2) solange realisiert, bis sich durch Ausgeben der Stellgröße 106 der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird, ausreichend weit an den Soll-Wert 114 (vergleiche 4) des Sauerstoffgehalts angenähert hat. Auch hier kann der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts beispielsweise mittels der ersten Lambdasonde 64 erfasst werden.
Mit anderen Worten kann die von dem Regler 72 basierend auf einer Abweichung des Ist-Werts des Sauerstoffgehalts in dem Abgas von dem Soll-Wert 114 des Sauerstoffgehalts ausgegebene Stellgröße 90,106 konstant gehalten werden, also der Regler 72 quasi eingefroren werden, wenn sich der Ist-Wert ausreichend nahe an dem Soll-Wert 114 befindet.
Die entsprechenden Stellhebel können abhängig von einer Reihe von Eingangsgrößen in unterschiedlichen Kombinationen eingesetzt werden, um ein effektives Aufheizen des wenigstens einen Katalysators 48, 50 zu gewährleisten. Beispielsweise kann ein Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 berücksichtigt werden, etwa eine Last und/oder eine Drehzahl und/oder eine Temperatur und/oder eine Dynamik der Verbrennungskraftmaschine 10 oder dergleichen.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei stationären Untersuchungen der Verbrennungskraftmaschine 10 an einem Prüfstand eine Kombination aus der Vorsteuerung 78 der Öffnungsweite des wenigstens einen Bypass-Ventils oder Einblasventils 52, 54 mit der Regelung 98 der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 gut geeignet ist, niedrige Emissionen in dem Abgas zu erreichen, welches die Abgasanlage 44 in die Umgebung verlässt. Bei einem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 kann jedoch eine andere Variante besonders gut geeignet sein, so dass in der Regelungsstrategie 70 (vergleiche 2) entsprechende Varianten hinterlegt sein können.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass von der Reglervariante, bei welcher die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 nach anfänglicher Regelung 82 konstant gehalten wird, während die Drehzahl des Zusatzverdichters 20 vorgesteuert wird, zu der Reglervariante umgeschaltet wird, bei welcher die Drehzahl des Zusatzverdichters 20 nach anfänglicher Regelung 98 konstant gehalten wird, während die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 vorgesteuert wird. Ein solches Umschalten kann insbesondere dann vorgenommen werden, wenn eine Dynamikerhöhung im Hinblick auf die Last und/oder die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 erkannt wird. Die beiden Reglervarianten können auch in Kombination und bei Bedarf auch als Mehrgrößenregelung eingesetzt werden.
In 3 veranschaulichen eine Mehrzahl von Pfeilen 108 Eingangsparameter, welche dem Regler 72 zugeführt werden. Diese Eingangsparameter können Betriebspunktinformationen umfassen, etwa eine Last und/oder eine Drehzahl und/oder eine Temperatur der Verbrennungskraftmaschine 10.
Des Weiteren können diese Eingangsparameter oder Eingangsgrößen den Ist-Wert des Sauerstoffgehalts in dem Abgas umfassen, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird. Mögliche Ist-Werte des Sauerstoffgehalts veranschaulichende Kurven 110, 128, 134 sind in 4 dargestellt. Der Ist-Wert kann insbesondere von der ersten Lambdasonde 64 und/oder von der zweiten Lambdasonde 66 geliefert werden.
Ein die Pfeile 108 umfassender Eingangsblock ist in 3 von einem Berechnungsblock 112 abgegrenzt dargestellt, welcher im Wesentlichen die beiden in 2 gezeigten Zweige der Funktionsstruktur inklusive der jeweiligen Diagnoseblöcke 88, 104 umfasst. Wie vorstehend erläutert kann es etwa bei der Regelung 82 der Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 zu einem Einfrieren der Stellgröße 90 zum Zwecke eines stabilen Betriebs des Reglers 72 kommen, wenn der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts sich in der Nähe der Soll-Werts 114 befindet, welcher in 4 durch eine horizontale Linie veranschaulicht ist.
In analoger Weise kann dann, wenn die Vorsteuerung 78 des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 aktiviert ist und die Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 zunächst geregelt wird, also die Regelung 98 aktiv ist (vergleiche 2), ein Einfrieren der Stellgröße 106 vorgenommen werden. Auch dieses Einfrieren oder Konstanthalten der Stellgröße 106 erfolgt vorzugsweise dann, wenn sich der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird, in der Nähe des Soll-Werts 114 befindet, welcher in 4 durch die horizontale Linie veranschaulicht ist.
Es erfolgt somit abhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 die Vorsteuerung 78 des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 zur Verdichterlufteinblasung oder die Vorsteuerung 94 der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20. Die Vorsteuerwerte können applikativ als Festwerte hinterlegt sein. Alternativ können die Vorsteuerwerte aus einem physikalisch motivierten Modellansatz resultieren.
Zusätzlich zu der Vorsteuerung der Verdichterlufteinblasung beziehungsweise der Anpassung der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20 ist die Regelung 82, 98 des angepassten Verbrennungs-Lambda-Werts sinnvoll, um ein möglichst schnelles Aufheizen des Katalysators 48 bei günstigen Roh-Emissionen zu erreichen.
Als Wirkprinzip für den Regler 72 zum Regeln der Verdichterlufteinblasung, also der Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 beziehungsweise der Drehzahl des elektrischen Zusatzverdichters 20, ist vorzugsweise der proportional-integrale Regler 72 (PI-Regler) vorgesehen. Hierbei können vorzugsweise die Reglerverstärkungen jeweils abhängig von einer Regeldifferenz angepasst werden, und dies kann applikativ oder nach Vorgaben aus der Regelungsstrategie 70 (vergleiche 2) erfolgen.
Zusätzlich ist das Einfrieren oder Konstanthalten der jeweiligen Stellgröße 90, 106 des Reglers 72 in Sollwertnähe implementiert. Dieses Einfrieren oder Konstanthalten der jeweiligen Stellgröße 90, 106 kann durch die Regelungsstrategie 70 angefordert werden.
In 4 ist schematisch dargestellt, wie bei dem Einfrieren beziehungsweise Konstanthalten der von dem Regler 72 ausgegebenen Stellgröße 90, 106 bei einer Annäherung des Ist-Werts an den Soll-Wert 114 vorgegangen werden kann.
In einem ersten Abschnitt 116 des in 4 dargestellten Schaubilds ist durch die Kurve 110 veranschaulicht, dass es zu Schwankungen des Ist-Werts des Sauerstoffgehalts in dem Abgas kommen kann, mit welchem der wenigstens eine Katalysator 48, 50 beaufschlagt wird. Dieser Sauerstoffgehalt kann mittels des wenigstens einen Sauerstoffsensors in Form einer der Lambdasonden 64, 66 erfasst werden.
Eine weitere Kurve 118 in 4 veranschaulicht entsprechende Schwankungen der von dem Regler 72 bei der Regelung 82 (vergleiche 2) der Öffnungsweite des Einblasventils 52, 54 ausgegebenen Stellgröße 90, wenn die Drehzahl des Zusatzverdichters 20 vorgesteuert wird. In analoger Weise kann es zu einer derartigen, durch die Kurve 118 veranschaulichten Schwankung der Stellgröße 106 kommen, wenn die Öffnungsweite des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 vorgesteuert wird und von dem Regler 72 die Regelung 98 (vergleiche 2) der Drehzahl des Zusatzverdichters 20 vorgenommen wird.
Die durch die Kurve 118 veranschaulichten Schwingungen der jeweiligen Stellgröße 90,106 können dadurch bedingt sein, dass es aufgrund der Ausführung der Luftstrecke für die Verdichterlufteinblasung, also aufgrund der Ausführung der Verdichterluftleitungen 32, 34 (vergleiche 1) zu Verzögerungen zwischen dem Ausgeben der jeweiligen Stellgröße 90, 106 und dem daraus resultierenden Sauerstoffgehalt kommt, welcher in dem Abgas einzustellen ist. Dieser Sauerstoffgehalt sollte aber eigentlich über die von dem Zusatzverdichter 20 zu liefernde Verdichterluftmenge möglichst exakt eingestellt werden.
Um diesen Schwingungen oder Schwankungen der Stellgröße 90, 106 zu begegnen, wird vorliegend die von dem Regler 72 basierend auf einer Abweichung des Ist-Werts von dem Soll-Wert 114 ausgegebene Stellgröße 90, 106 konstant gehalten oder eingefroren, sobald der Ist-Wert in einen Wertebereich 120 (vergleiche 4) eintaucht, innerhalb dessen der Soll-Wert 114 angeordnet ist.
Wie aus 4 ersichtlich ist, wird der Wertebereich 120 durch einen oberen Grenzwert 122 und durch einen unteren Grenzwert 124 begrenzt. Der obere Grenzwert 122 ist hierbei in 4 durch eine punktierte, horizontale Linie veranschaulicht, und der untere Grenzwert 124 ist ebenso durch eine punktierte, horizontale Linie veranschaulicht. Sobald der Ist-Wert einen der beiden Grenzwerte 122, 124 erreicht, wird die von dem Regler 72 ausgegebene Stellgröße 90, 106 konstant gehalten, so dass keine weitere Regelung 82 (vergleiche 2) der Öffnungsweite der Einblasventile 52, 54 beziehungsweise keine weitere Regelung 98 (vergleiche 2) der Drehzahl des Zusatzverdichters 20 mehr erfolgt.
In 4 ist in einem weiteren Abschnitt 126 durch die Kurve 128 ein Fall veranschaulicht, in welchem der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts den unteren Grenzwert 124 erreicht. Der Ist-Wert des Sauerstoffgehalts in dem Abgas, mit welchem der Katalysator 48 beaufschlagt wird, ist also in diesem Abschnitt 126 durch die Kurve 128 dargestellt.
Eine weitere Kurve 130 veranschaulicht in 4 den zeitlichen Verlauf der von dem Regler 72 bei der Regelung 82 oder bei der Regelung 98 (vergleiche 2) ausgegebene Stellgröße 90, 106. Ist also zunächst die Regelung 82 aktiv, so wird mit dem Erreichen des unteren Grenzwerts 124 die Stellgröße 90 konstant gehalten. Und ist die zunächst Regelung 98 aktiv, so wird so wird mit dem Erreichen des unteren Grenzwerts 124 die Stellgröße 106 konstant gehalten.
Das Ausgeben dieser konstanten Stellgröße 90, 106 ist in dem Abschnitt 126 in 4 durch einen horizontalen Verlauf der Kurve 130 veranschaulicht. Dieser horizontale Verlauf beginnt dann, wenn die Kurve 128 die Linie schneidet, welche den unteren Grenzwert 124 angibt.
In analoger Weise ist in 4 in einem weiteren Abschnitt 132 durch die weitere Kurve 134 ein möglicher zeitlicher Verlauf des Ist-Werts des Sauerstoffgehalts veranschaulicht, welcher bei der Regelung 82 der Öffnungsweite oder bei der Regelung 98 der Drehzahl (vergleiche 2) mittels der wenigstens einen Lambdasonde 64, 66 in der Abgasanlage 44 erfasst wird.
In dem weiteren Abschnitt 132 erreicht die Kurve 134 jedoch den oberen Grenzwert 122. Auch dann, wenn der Ist-Wert diesen oberen Grenzwert 122 erreicht, wird die von dem Regler ausgegebene Stellgröße 90, 106 konstant gehalten. Aber auch hier wird somit die Stellgröße 90 konstant gehalten, wenn zuvor die Regelung 82 aktiv war, und es wird die Stellgröße 106 konstant gehalten, wenn zuvor die Regelung 98 aktiv war (vergleiche 2).
Dieses Konstanthalten der von dem Regler ausgegebenen Stellgröße 90, 106 ist in dem weiteren Abschnitt 132 in 4 durch eine weitere Kurve 136 veranschaulicht. Auch diese, in dem Abschnitt 132 dargestellte weitere Kurve 136 zeigt einen horizontalen zeitlichen Verlauf an, sobald die Kurve 134 die Linie schneidet, welche in 4 den oberen Grenzwert 122 veranschaulicht.
Sowohl in dem Fall, welcher in dem zweiten Abschnitt 126 in 4 veranschaulicht ist, als auch in dem Fall, welcher in dem dritten Abschnitt 132 in 4 veranschaulicht ist, erreicht die den Ist-Wert angegebene Kurve 128, 134 schließlich den Soll-Wert 114.
Möglicherweise kann unter exakter Berücksichtigung der Verdichterluftmenge in einem Füllungsmodell der Motorsteuerung der in dem ersten Abschnitt 116 gezeigte Aufschwingeffekt verbessert oder vermieden werden. Insbesondere bei einem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 ist jedoch das Einfrieren beziehungsweise das Konstanthalten der von dem Regler 72 ausgegebenen Stellgröße 90, 106 hilfreich. Dieses Konstanthalten der Stellgröße 90, 106 wird daher vorzugsweise vorgenommen, sobald der Ist-Wert einen der beiden Grenzwerte 122, 124 erreicht, innerhalb dessen der Soll-Wert 114 angeordnet ist.
Die beiden den Wertebereich 120 begrenzenden Grenzwerte 122, 124 können beispielsweise um etwa 2 % von dem Soll-Wert 114 abweichen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Stellgröße 90, 106 erst dann eingefroren beziehungsweise konstant gehalten wird, wenn der Ist-Wert sich in einer entsprechend großen Nähe des Soll-Werts 114 befindet.
5 zeigt ein schematisches Verfahrensdiagramm eines insbesondere als Betriebsstrategie bezeichneten Verfahrens zum Betreiben der fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine 10. Das Verfahren ist vorzugsweise der Regelung beziehungsweise der Regelungsstrategie 70 übergeordnet. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Stellhebel zur effektiven Verdichterlufteinblasung zum Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie eingesetzt werden können. Beispielsweise werden die Schritte a) bis f) in Abhängigkeit jeweiliger Vorgaben umgesetzt, welche aus der Betriebsstrategie resultieren.
Bei dem in der 5 skizzierten Verfahren wird in dem Heizbetrieb 138 zum Heizen des in der Abgasanlage 44 angeordneten Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 in den jeweiligen Brennräumen 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 jeweils das insbesondere als Brennraum-Lambda 140 bezeichnete Verbrennungsluftverhältnis 140 von λ ≤ 1, insbesondere λ < 1, eingestellt. In dem Heizbetrieb 138 wird durch zumindest partielles Öffnen des wenigstens einen Einblasventils 52, 54 mittels des elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters 20 verdichtete Luft stromabwärts von den Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine 10, welche den jeweiligen Brennräumen 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeordnet sind, in die Abgasanlage 44 eingebracht.
Bei dem in der 5 skizzierten Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine 10 zu Beginn gestartet. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 von einem deaktivierten Zustand, in welchem in den jeweiligen Brennräumen 12 Verbrennungsvorgänge unterbleiben, in einen aktivierten Zustand übergeht, bei welchem die Verbrennungsvorgänge in den Brennräumen 12 stattfinden. Das Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 kann insbesondere als Motorstart 142 bezeichnet werden.
Nach dem Motorstart 142 findet eine insbesondere als Routenberechnung 144 bezeichnete Vorausberechnung einer Fahrtroute statt, über welche das Kraftfahrzeug von seiner aktuellen Position in seine Zielposition fahrbar ist. Die Routenberechnung 144 kann beispielsweise mittels einer insbesondere als Navigationssystem bezeichneten Navigationseinrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs einen gewünschten Zielort als Zielposition bestimmen kann. Vorzugsweise wird die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs mittels GPS ermittelt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs von einem GPS-Standort des Kraftfahrzeugs abhängig.
In Abhängigkeit von wenigstens einem Routenparameter 146 der Fahrtroute wird in dem Heizbetrieb 138 das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 und/oder das insbesondere als Abgas-Lambda 148 bezeichnete katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 stromabwärts der Auslassventile und stromaufwärts des Katalysators 48 in der Abgasanlage 44 und/oder ein Zündwinkel 150 eingestellt. Der Zündwinkel 150 kann insbesondere als Zündzeitpunkt bezeichnet werden und ist vorzugsweise auf ein jeweiliges Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 bezogen. Zu dem Zündwinkel 150 wird in dem jeweiligen Brennraum 12 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, wodurch die Verbrennungsvorgänge in dem jeweiligen Arbeitsspiel eingeleitet werden.
In dem in der 5 gezeigten Verfahrensdiagramm wird in einem zwischen der Routenberechnung 144 und dem Heizbetrieb 138 angeordneten Diagnoseblock 151 in Abhängigkeit des Routenparameters 146 ermittelt, welche Werte des Brennraum-Lambdas 140 und/oder des katalysatornahen Verbrennungsluftverhältnisses 148 und/oder des Zündwinkels 150 in dem Heizbetrieb 138 einzustellen sind, um ein möglichst gutes beziehungsweise besonders vorteilhaftes Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 zu ermöglichen. Bei diesem Ermitteln kann beispielsweise zunächst in Abhängigkeit von dem Routenparameter 146 eine Motorlast der Verbrennungskraftmaschine 10 ermittelt werden, welche auf der gewählten Fahrtroute zu erwarten ist, wobei in Abhängigkeit von der Motorlast das Brennraum-Lambda und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 und/oder der Zündwinkels 150 eingestellt werden.
In dem in der 5 gezeigten Verfahrensdiagramm ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Heizbetrieb 138 in Abhängigkeit von dem Routenparameter 146 die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem ersten Heizzustand 152 des Heizbetriebs 138 oder in einem von dem ersten Heizzustand 152 unterschiedlichen, zweiten Heizzustand 154 des Heizbetriebs 138 betrieben wird. Mit anderen Worten ausgedrückt umfasst der Heizbetrieb 138 den ersten und den zweiten Heizzustand 152, 154, wobei die Verbrennungskraftmaschine 10 in Abhängigkeit von dem Routenparameter 144 und somit in Abhängigkeit der zu fahrenden Fahrtroute in den ersten Heizzustand 152 oder in den zweiten Heizzustand 154 übergeht. In dem ersten Heizzustand 152 ist das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 kleiner als in dem zweiten Heizzustand 154 und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 ist in dem ersten Heizzustand 152 größer ist als in dem zweiten Heizzustand 154 und/oder eine Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 ist in dem ersten Heizzustand 152 größer ist als in dem zweiten Heizzustand 154. Mit anderen Worten ausgedrückt weist in dem ersten Heizzustand 152 das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 einen ersten Brennraum-Lambdawert 141 auf und das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 weist einen ersten Lambdawert 149 auf und die Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 weist einen ersten Winkelwert 153 auf. In dem zweiten Heizzustand 154 weist das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 einen zweiten Brennraum-Lambdawert 155 auf und das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 weist einen zweiten Lambdawert 157 auf und die Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 weist einen zweiten Winkelwert 159 auf, wobei der erste Brennraum-Lambdawert 141 kleiner ist als der zweite Brennraum-Lambdawert 155 und/oder der erste Lambdawert 149 größer ist als der zweite Lambdawert 157 und/oder der erste Winkelwert 153 größer ist als der zweite Winkelwert 159. Dadurch kann der Katalysator48 beziehungsweise können die Katalysatoren 48, 50 in Abhängigkeit von der zu erwartenden Fahrtoute beziehungsweise dem Routenparameter besonders vorteilhaft aufgeheizt werden, wodurch die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden können. Vorzugsweise ist das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 in dem ersten und dem zweiten Heizzustand 152, 154 größer als Eins. Vorzugsweise ist die Zündwinkelspätverstellung in dem ersten Heizzustand 152 maximal so groß bis eine Laufruhegrenze der Verbrennungskraftmaschine 10 erreicht ist.
Unter der Zündwinkelspätverstellung kann insbesondere eine auf das jeweilige Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 bezogene Zündwinkeldifferenz des Zündwinkels 150 verstanden werden. Unter der Zündwinkeldifferenz kann dabei insbesondere eine Differenz aus dem Zündwinkel 150 in dem Heizbetrieb 138 und dem Zündwinkel 150 in einem von dem Heizbetrieb 138 unterschiedlichen Betriebszustand 156 verstanden werden, wobei der Zündwinkel 150 in dem Heizbetrieb 138 bezogen auf das jeweilige Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine 10 gegenüber dem Zündwinkel 150 in dem Betriebszustand 156 nach spät verstellt ist.
Während sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Heizbetrieb 138, insbesondere in dem ersten oder dem zweiten Heizzustand 152, 154, befindet, wird ermittelt, ob der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 bereits seine beziehungsweise ihre insbesondere als Light-off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur erreicht hat beziehungsweise haben, was in der 5 mittels Diagnoseblöcken 158 veranschaulicht ist. Ist dabei die Anspringtemperatur erreicht, so wechselt die Verbrennungskraftmaschine 10 von dem Heizbetrieb 138 in den von dem Heizbetrieb 138 unterschiedlichen Betriebszustand 156.
Unter dem Erreichen der Anspringtemperatur kann insbesondere verstanden werden, dass eine Temperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 der Anspringtemperatur entspricht oder größer als die Anspringtemperatur ist. Ist die Anspringtemperatur noch nicht erreicht, das heißt die Temperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 ist geringer als die Anspringtemperatur, dann verbleibt die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Heizbetrieb 138, insbesondere dem ersten oder dem zweiten Heizzustand 152, 154.
Während sich die Verbrennungskraftmaschine in dem Heizbetrieb 138, insbesondere dem ersten oder dem zweiten Heizzustand 152, 154 befindet, wird ermittelt, ob eine Unterbrechung 162 des Heizbetriebs 138, insbesondere des ersten oder des zweiten Heizzustands 152, 154, erfolgen soll, was mittels Diagnoseblöcken 160 in der 5 veranschaulicht ist. Bei der Unterbrechung 162 wird der Heizbetrieb 138, insbesondere der erste oder der zweite Heizzustand 152, 154, unterbrochen. Bei beziehungsweise während der Unterbrechung 162 kann sich die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise in dem Betriebszustand 156 befinden, das heißt der Betriebszustand 156 kann die Unterbrechung 162 umfassen. Die Unterbrechung 162 kann beispielsweise infolge äußerer Einflüsse, insbesondere einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, durchgeführt werden. Ein solcher äußerer Einfluss kann beispielsweise Stau beziehungsweise stockender Verkehr oder ein Überholvorgang des Kraftfahrzeugs sein.
Wird der Heizbetrieb 138, insbesondere der erste oder der zweite Heizzustand 152, 154, nicht unterbrochen, so verbleibt die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem jeweiligen Heizzustand 152, 154, was mittels jeweiliger Pfeile 161 veranschaulicht ist.
Vorzugsweise ist in dem zweiten Heizzustand 154 die Motorlast der Verbrennungskraftmaschine 10 größer als in dem ersten Heizzustand 152. Mit anderen Worten ausgedrückt sind in dem zweiten Heizzustand 154 Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 vorzugsweise größer als in dem ersten Heizzustand 152, das heißt, der zweite Heizzustand 154 wird vorzugsweise bei höheren Lastpunkten gewählt beziehungsweise durchgeführt als der erste Heizzustand 152. Die Lastpunkte können insbesondere als Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 bezeichnet werden.
Um ausreichend Luft beziehungsweise Sekundärluft für die gegenüber dem ersten Heizzustand 152 höherlastigen Betriebspunkte des zweiten Heizzustands 154 zur Verfügung zu stellen, wird das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 in dem zweiten Heizzustand 154 größer eingestellt als in dem ersten Heizzustand 152, wodurch eine Anfettung in den jeweiligen Brennräumen 12 in dem zweiten Heizzustand 154 gegenüber dem ersten Heizzustand 152 reduziert wird. Die höherlastigen beziehungsweise die besonders hochlastigen Betriebspunkte können, insbesondere nach dem Motorstart 142, beispielsweise unmittelbar nach dem Motorstart 142, das Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 und somit den Heizbetrieb 138 erforderlich machen, allerdings kann bei den höherlastigen Betriebspunkten gegenüber niedriglastigen Betriebspunkten und somit gegenüber dem ersten Heizzustand 152 die Anfettung reduziert werden, insbesondere dadurch, dass bei den höherlastigen Betriebspunkten und somit in dem zweiten Heizzustand 154 Massenströme der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere ein Abgasmassenstrom des Abgases in die Abgasanlage 44, und Brennraumtemperaturen in den jeweiligen Brennräumen 12 höher sind als bei den niedriglastigen Betriebspunkten und somit dem ersten Heizzustand 152.
Um besonders gute Rohemissionen zu realisieren, wird auch in dem zweiten Heizzustand 154 bis zum Erreichen der Anspringtemperatur der Heizbetrieb 138 angestrebt, um durch das fette Brennraum-Lambda 140 die NOX-Emissionen besonders stark reduzieren zu können und dabei die entstehenden CO- und HC-Emissionen mit der in die Abgasanlage 44 eingebrachten Sekundärluft zu oxidieren. Dadurch wird infolge einer exothermen Reaktion in der Abgasanlage 44, insbesondere von CO und HC, eine besonders schnelle Aufheizung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 realisiert.
In Betriebspunkten, in welchen keine beziehungsweise besonders wenig Sekundärluft überströmen und somit mittels des elektrischen Zusatzverdichters 20 über das Einblasventil 52, 54 in die Abgasanlage 44 eingebracht werden kann, kann insbesondere in dem zweiten Heizzustand 154 eine Reduktion eines Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere einer Abtriebswelle, erfolgen. Dies kann vorzugsweise bis zum Erreichen der Anspringtemperatur umgesetzt sein. Beispielsweise kann die Reduktion des Drehmoments dem Fahrer des Kraftfahrzeugs in einer insbesondere als Kombiinstrument bezeichneten Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, wodurch der Fahrer über die Reduktion des Drehmoments informiert werden kann, was vorzugsweise jedoch nur bei einer bestimmten Auswahl eines Fahrbetriebs durch den Fahrer erfolgt, beispielsweise bei einer Wahl eines ECO-Fahrbetriebs.
Nach dem Erreichen der Anspringtemperatur ist der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 betriebswarm, wodurch eine besonders gute Konvertierung der Rohemissionen ohne Zusatzmaßnahmen, insbesondere das Einbringen der Sekundärluft und/oder die Anfettung, möglich ist.
In dem ersten Heizzustand 152 sind die Betriebspunkte gegenüber dem zweiten Heizzustand 154 vorzugsweise geringerlastig. Dadurch ist eine höhere Anfettung notwendig als in dem zweiten Heizzustand 154. Zudem ist der Massenstrom, insbesondere der Abgasmassenstrom, in dem ersten Heizzustand 152 geringer als in dem zweiten Heizzustand 154, wodurch die Sekundärluft beziehungsweise ein insbesondere als Sekundärluftmassenstrom bezeichneter Massenstrom der Sekundärluft, welche mittels des elektrischen Zusatzverdichters 20 in die Abgasanlage 44 eingebracht wird, entsprechend anzupassen ist. Infolge der höheren beziehungsweise der besonders hohen Anfettung in dem jeweiligen Brennraum in dem ersten Heizzustand 152 entstehen im Abgas mehr Restgasbestandteile von CO- und HC-Emissionen und die NOX-Emissionen werden geringer als in dem zweiten Heizzustand 154.
Um nun für das abgasnahe Verbrennungsluftverhältnis 148 ein λ ≥ 1, insbesondere λ > 1, erzielen zu können, kann in dem ersten Heizzustand 152 infolge des besonders fetten Brennraum-Lambdas 140 besonders viel Luftmasse der Sekundärluft mittels des Zusatzverdichters 20 in die Abgasanlage 44 eingeleitet werden. Dadurch steht den CO- und den HC-Komponenten des Abgases Sauerstoff, beziehungsweise besonders viel Sauerstoff infolge der Sekundärlufteinblasung zur Verfügung, wodurch eine besonders große Exothermie entsteht, was ein besonders kurzes beziehungsweise ein besonders schnelles Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 zur Folge hat. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine 10 besonders schnell wieder in ihrem Betriebsoptimum betrieben werden und die Emissionskonvertierung kann in dem Katalysator 48 beziehungsweise den Katalysatoren 48, 50 besonders schnell stattfinden.
Vorzugsweise wird die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer auf der Fahrtroute zu erwartenden Motorlast 164 der Verbrennungskraftmaschine 10 ermittelt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist bei der Routenberechnung 144 die auf der Fahrtroute prognostizierte Motorlast 164 eine Eingangsgröße der Routenberechnung 144. Dadurch kann beispielsweise insbesondere bei dem als Kaltstart bezeichneten Motorstart 142 eine für den Heizbetrieb 138, insbesondere für die Sekundärluftstrategie, optimal gewählte Fahrtroute berechnet werden. Beispielsweise kann die zu erwartende Motorlast 164 in Abhängigkeit von dem Routenparameter 146 ermittelt werden.
Der Routenparameter 146 kann insbesondere eine Höheninformation sein, welche insbesondere als Navidaten bezeichneten und in einer Navigationseinrichtung gespeicherten Daten entnommen werden kann. In Abhängigkeit von dem Routenparameter 144 und insbesondere in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern, insbesondere Motorparametern, des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 10 können zu erwartende Lastpunkte und somit die Motorlast 164, beispielsweise mittels eines Fahrzeugmodells beziehungsweise eines Motormodells, berechnet werden.
In weiterer Ausgestaltung wird die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer Benutzervorgabe 166 des Fahrers des Kraftfahrzeugs als Randbedingung ermittelt, wobei die insbesondere als Benutzereingabe bezeichnete Benutzervorgabe 166 eine zu minimierende Fahrzeit 168 oder einen zu minimierenden Kraftstoffverbrauch 170 umfasst. Mit anderen Worten ausgedrückt gibt der Fahrer des Kraftfahrzeugs die zu minimierende Fahrzeit 168 oder den zu minimierenden Kraftstoffverbrauch 170 als die Benutzervorgabe 166 vor, welche eine Eingangsgröße der Routenberechnung 144 ist. Dadurch kann bei der Routenberechnung 144 sowohl das Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 als auch ein Fahrerwunsch in Form der Benutzervorgabe 166 berücksichtigt werden.
Vorzugsweise wird bei der zu minimierenden Fahrzeit 168 eine schnellstmögliche Route als die Fahrtroute gewählt und bei dem zu minimierenden Kraftstoffverbrauch 170 wird vorzugsweise eine Eco-Route als die Fahrtroute gewählt. Vorzugsweise sind Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 auf der schnellstmöglichen Route größer als auf der Eco-Route.
In weiterer Ausgestaltung wird, wenn die Benutzervorgabe 166 die zu minimierende Fahrzeit 168 umfasst, die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem zweiten Heizzustand 154 betrieben und wenn die Benutzervorgabe den zu minimierenden Kraftstoffverbrauch 170 umfasst, die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem ersten Heizzustand 152 betrieben. Mit anderen Worten ausgedrückt wird bei der schnellstmöglichen Route und somit bei der zu minimierenden Fahrzeit 168 als die Benutzervorgabe 166 die Verbrennungskraftmaschine 10 beim Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 in dem zweiten Heizzustand 154 betrieben. Vorzugsweise wird die Verbrennungskraftmaschine 10 bei der Eco-Route und somit bei dem zu minimierenden Kraftstoffverbrauch 170 als die Benutzervorgabe 166 beim Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 in dem ersten Heizzustand 152 betrieben. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird bei der Eco-Route die insbesondere als Strecke bezeichnete Fahrtroute derart berechnet, dass bis zum Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 eine Fahrtroute vorgeschlagen wird, welche besonders niedrige Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 ermöglicht. Bei der schnellstmöglichen Route wird die Fahrtroute bevorzugt derart berechnet, dass bis zum Erreichen der Anspringtemperatur im Katalysator 48 beziehungsweise in den Katalysatoren 48, 50 eine Fahrtroute vorgeschlagen wird, welche besonders hohe Lastpunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 ermöglicht. Dadurch können gleichzeitig die Schadstoffemissionen vermindert werden und Wünsche des Fahrers, insbesondere hinsichtlich der Benutzervorgabe 166, berücksichtigt werden.
Dementsprechend wird bei der Wahl der Eco-Route bevorzugt eine extremere beziehungsweise höhere Anfettung, also ein geringeres Brennraum-Lambda 140 als bei der schnellstmöglichen Route eingestellt, wodurch das Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 besonders schnell beendet werden kann. Das heißt, dass Schadstoffemissionen, welche von der Verbrennungskraftmaschine 10 emittiert werden, während der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 die Anspringtemperatur noch nicht erreicht hat, besonders gering gehalten werden können. Bei der Wahl der Eco-Route kann verhindert werden, dass bei dem Kaltstart beziehungsweise bei kalter Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50, besonders hohe Lastpunkte angefahren werden. Dies kann im Allgemeinen, insbesondere hinsichtlich einer Lebensdauer, der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders zu Gute kommen, wobei dabei Zeit für eine besonders schnelle Aufheizung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 genutzt werden kann. Dadurch wird die Verbrennungskraftmaschine 10 besonders schnell in ihrem optimalen Wirkungsgradbereich betrieben. Vor dem Erreichen des optimalen Wirkungsgradbereichs beziehungsweise der Anspringtemperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50, werden die Rohemissionen infolge der Sekundärlufteinblasung besonders wirkungsvoll reduziert, so dass insbesondere als End-of-Pipe-Emissionen bezeichnete Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere im realen Fahrbetrieb (RDE) besonders gering gehalten werden können.
Bei der schnellstmöglichen Route kann dann die Anfettung in den jeweiligen Brennräumen 12 gegenüber der Eco-Route reduziert werden, um ausreichend Sekundärluft für höherlastige beziehungsweise besonders hochlastige Betriebspunkte zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise ist eine jeweilige Heizdauer, in welcher die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Heizbetrieb 138 betrieben wird beziehungsweise bis der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 die Anspringtemperatur erreicht hat, bei dem ersten Heizzustand 152 geringer als bei dem zweiten Heizzustand 154. Deshalb kann der erste Heizzustand 152 insbesondere als schnelles Kat-Heizen bezeichnet werden und der zweite Heizzustand 154 kann insbesondere als langsameres Kat-Heizen bezeichnet werden. Vorzugsweise ist bei dem ersten Heizzustand 152 keine Momentenreduktion notwendig, um ein ausreichend großes Spülgefälle für die Sekundärlufteinblasung zu erzielen.
6 zeigt ein schematisches Verfahrensdiagramm, dessen Abläufe sich beispielsweise an das in der 5 gezeigte Verfahrensdiagramm anschließen. In dem von dem Heizbetrieb 138 unterschiedlichen, diesem nachgelagerten Betriebszustand 156, in welchem das Einbringen der Luft in die Abgasanlage 44 unterbleibt, wird eine insbesondere als Vorausberechnung einer Kat-Auskühlung bezeichnete Vorausberechnung 172 einer Auskühlung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 durchgeführt. Die Vorausberechnung 172 kann beispielsweise durchgeführt werden, nachdem der in der 5 dargestellte Heizbetrieb 138 abgeschlossen und somit die Anspringtemperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 erreicht worden ist oder nachdem der Heizbetrieb 138 unterbrochen worden ist und somit die Unterbrechung 162 vorliegt.
Unter der Vorausberechnung 172 kann insbesondere verstanden werden, dass ermittelt wird, ob ein erneutes Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 und somit der Heizbetrieb 138 notwendig ist. Beispielsweise kann die Vorausberechnung 172 ein Temperaturmodell der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50, umfassen, wobei mittels des Temperaturmodells eine Temperatur des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 berechnet beziehungsweise prognostiziert werden kann.
Mittels der Vorausberechnung 172 wird in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter 174, welcher eine Umgebungsinformation 176 einer Umgebung des Kraftfahrzeugs oder eine Fahrsituation 178 des Kraftfahrzeugs wiedergebende Größe oder der Routenparameter 146 oder ein Motorparameter 180 der Verbrennungskraftmaschine 10 ist, ermittelt, ob die Verbrennungskraftmaschine 10 von dem Betriebszustand 156 in den Heizbetrieb 138 übergeht oder in dem Betriebszustand 156 verbleibt. Dies ist in der 6 mittels eines Diagnoseblocks 182 veranschaulicht, wodurch die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Betriebszustand 156 verbleiben kann, wodurch die Vorausberechnung 172 erneut durchgeführt wird, oder in den Heizbetrieb 138 wechseln kann. Somit kann besonders vorteilhaft ermittelt werden, ob die Auskühlung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 zu erwarten ist. Dadurch können die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden.
Unter dem Auskühlen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 kann insbesondere Folgendes verstanden werden: Der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 kann beziehungsweise können beispielsweise hauptsächlich nach dem Motorstart 142 infolge des deaktivierten Zustands der Verbrennungskraftmaschine ausgekühlt sein, also eine besonders geringe Temperatur aufweisen. Zudem kann die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50, infolge eines Abstellens der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere aufgrund einer Verkehrslage, beispielsweise Stau oder stockender Verkehr, besonders stark auskühlen, so dass das Heizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 und somit der Heizbetrieb 138 erforderlich sein kann. Insbesondere bei einer besonders langen Standzeit der Verbrennungskraftmaschine 10 erfolgt eine besonders starke Auskühlung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50. Eine kritische Dauer der Standzeit kann dabei von verwendeter Hardware der Verbrennungskraftmaschine 10 abhängen. Je nach thermischer Masse kann der Katalysator 48 beziehungsweise die Katalysatoren 48, 50 besonders schnell oder besonders langsam abkühlen. Eine bezüglich des jeweiligen Katalysators 48, 50 beziehungsweise der Abgasnachbehandlung kritische Standzeit kann dann vorliegen, wenn die Temperatur des jeweiligen Katalysators 48, 50 beziehungsweise ein Temperaturgradient der Temperatur des jeweiligen Katalysators 48, 50 unter ein kritisches Level fällt, wobei das kritische Level beispielsweise die Anspringtemperatur sein kann. Darüber hinaus können kritische Lastgrenzen und/oder kritische Drehzahlen vorliegen, wobei bei den kritischen Lastgrenzen beziehungsweise den kritischen Drehzahlen das Auskühlen des jeweiligen Katalysators 48, 50 auftreten kann. Die kritischen Lastgrenzen und die kritischen Drehzahlen können dabei besonders abhängig von einer Häufigkeit ihres Vorkommens sein. Beispielsweise kann eine Drehzahlgrenze nicht zwangsläufig entscheidend beziehungsweise besonders wichtig für die Katalysatorauskühlung sein, da beispielsweise besonders relevant sein kann, wie lange die Verbrennungskraftmaschine 10 mit besonders geringer Last betrieben wird. Beispielsweise kann, wenn bereits 10 bis 15 Minuten in einem Stop-and-Go-Betrieb gefahren worden ist, der jeweilige Katalysator 48, 50 besonders ausgekühlt sein. Beispielweise kann bei einem besonders kurzen Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10, beispielsweise an einer Ampel, oder wegen der Verkehrslage, beispielsweise einem Stau, oder wenn für wenige Minuten besonders langsam gefahren werden kann beziehungsweise lediglich in einem Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 gerollt werden kann, dies auf die Auskühlung des jeweiligen Katalysators 48, 50 lediglich einen besonders geringen Einfluss haben.
In weiterer Ausgestaltung geht die Verbrennungskraftmaschine 10 beim Übergehen von dem Betriebszustand 156, insbesondere der Unterbrechung 162, in einen dritten Heizzustand 184 des Heizbetriebs 138 oder in einen von dem dritten Heizzustand 184 unterschiedlichen, vierten Heizzustand 186 des Heizbetriebs 138 über. Mit anderen Worten ausgedrückt, umfasst der Heizbetrieb 138 den dritten Heizzustand 184 und den vierten Heizzustand 186, wobei die Verbrennungskraftmaschine 10 beim Übergehen von dem Betriebszustand 156 in den Heizbetrieb 138 in den dritten Heizzustand 184 oder in den vierten Heizzustand 186 wechselt. Das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 ist in dem dritten Heizzustand 184 größer als in dem vierten Heizzustand 186 und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 ist in dem dritten Heizzustand 184 kleiner als in dem vierten Heizzustand 186 ist und/oder die Spätverstellung des Zündwinkels 150 ist in dem vierten Heizzustand 186 größer als in dem dritten Heizzustand 184 ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist in dem dritten Heizzustand 184 das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 einen dritten Brennraum-Lambdawert 188 und das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 einen dritten Lambdawert 190 und die Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 einen dritten Winkelwert 192 auf. In dem vierten Heizzustand 186 weist das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 einen vierten Brennraum-Lambdawert 194 und das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 einen dritten Lambdawert 190 und die Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 einen vierten Winkelwert 196 auf, wobei der dritte Brennraum-Lambdawert 188 größer ist als der vierte Brennraum-Lambdawert 194 und/oder der dritte Lambdawert 190 kleiner ist als der vierte Lambdawert 195 und/oder der dritte Winkelwert 192 kleiner ist als der vierte Winkelwert 196. Dadurch kann der Katalysator in Abhängigkeit von der Vorausberechnung 172 beziehungsweise von dem Parameter 174 besonders vorteilhaft beheizt werden, wodurch die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden können. Vorzugsweise ist das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 in dem dritten und dem vierten Heizzustand 184, 186 größer als Eins.
In weiterer Ausgestaltung ist das Verbrennungsluftverhältnis 140 in den jeweiligen Brennräumen 12 in dem dritten Heizzustand 184 größer als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand 152, 154 und in dem vierten Heizzustand 186 kleiner als in dem ersten Heizzustand 152 und größer als in dem zweiten Heizzustand 154. Alternativ oder zusätzlich ist das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis 148 in dem dritten Heizzustand 184 kleiner als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand 152, 154 und in dem vierten Heizzustand 186 kleiner als in dem ersten Heizzustand 152 und größer als in dem zweiten Heizzustand 154. Alternativ oder zusätzlich ist die Zündwinkelspätverstellung des Zündwinkels 150 in dem dritten Heizzustand 184 kleiner als in dem ersten Heizzustand und in dem zweiten Heizzustand 152, 154, und in dem vierten Heizzustand 186 ist die Zündwinkelspätverstellung kleiner als in dem ersten Heizzustand 152 und größer als in dem zweiten Heizzustand 154. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der dritte Brennraum-Lambdawert 188 größer als der erste und der zweite Brennraum-Lambdawert 141, 155 und der vierte Brennraum-Lambdawert 194 ist größer als der erste Brennraum-Lambdawert 141 und kleiner als der zweite Brennraum-Lambdawert 155 und/oder der dritte Lambdawert 190 ist kleiner als der erste und der zweite Lambdawert 149, 157 und der vierte Lambdawert 195 ist kleiner als der erste Lambdawert 149 und größer als der zweite Lambdawert 157 und/oder der dritte Winkelwert 192 ist kleiner als der erste und der zweite Winkelwert 153, 159 und der vierte Winkelwert 196 ist kleiner als der erste Winkelwert 153 und größer als der zweite Winkelwert 159.
Dadurch kann insbesondere Folgendes erzielt werden: Der dritte Heizzustand 184 kann insbesondere zum Warmhalten des jeweiligen Katalysators 48, 50 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 genutzt werden und daher insbesondere als Kat-Warmhalten bezeichnet werden und der vierte Heizzustand 186 kann insbesondere zum Heizen des jeweiligen Katalysators 48, 50 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 verwendet werden und daher insbesondere als Kat-Heizen bezeichnet werden, wobei bei dem Kat-Heizen dem jeweiligen Katalysator 48, 50 mehr Wärme zugeführt wird als bei dem Kat-Warmhalten. Dadurch kann bei der Vorausberechnung 172 entschieden beziehungsweise ermittelt werden, ob mittels des dritten Heizzustands 184 das Kat-Warmhalten oder mittels des vierten Heizzustands 186 das Kat-Heizen durchgeführt werden soll. Beispielsweise kann die Sekundärluft beim Unterschreiten einer definierten Temperatur des jeweiligen Katalysators 48, 50 in dem dritten Heizzustand 184 gegenüber dem vierten Heizzustand 186 in reduzierter Form, insbesondere geringerer Anfettung in den Brennräumen 12, zum Warmhalten des jeweiligen Katalysators 48, 50 genutzt werden, wodurch das Auskühlen des jeweiligen Katalysators 48, 50 verhindert beziehungsweise vermindert werden kann. Somit wird in dem dritten Heizzustand 184 ein weniger intensives Beheizen des jeweiligen Katalysators 48, 50 durchgeführt als in dem vierten Heizzustand 186. Insbesondere dadurch, dass der Katalysator bereits voll durchgeheizt gewesen ist, ist daher insbesondere bei dem dritten Heizzustand 184 und/oder dem vierten Heizzustand 186 beispielsweise eine geringere Enthalpie nötig wie bei einem insbesondere als Erststart-Kat-Heizen bezeichneten Kat-Heizen, insbesondere mittels der ersten und/oder des zweiten Heizzustands 152, 154, infolge des Kaltstarts beziehungsweise des Motorstarts 142.
Während sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem dritten Heizzustand 184 oder in dem vierten Heizzustand 186 befindet, wird ermittelt, ob der jeweilige Katalysator 48, 50 infolge der Beheizung bereits seine Anspringtemperatur erreicht hat, was in der 6 mittels Diagnoseblöcken 198 veranschaulicht ist. Ist die Anspringtemperatur erreicht, das heißt eine Temperatur des jeweiligen Katalysators 48, 50 ist größer als die Anspringtemperatur, so verlässt die Verbrennungskraftmaschine 10 den Heizbetrieb 138, insbesondere den dritten oder den vierten Heizzustand 184, 186, und wechselt in den Betriebszustand 156. Anschließend findet erneut die Vorausberechnung 172 der Katalysatorauskühlung statt, wodurch das in der 6 skizzierte Verfahren erneut durchlaufen werden kann. Dies ist mittels eines Pfeils 200 veranschaulicht.
Während sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem dritten Heizzustand 184 oder in dem vierten Heizzustand 186 befindet, wird ermittelt, ob das Beheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 unterbrochen werden soll und somit der Heizbetrieb 138 verlassen werden soll, was mittels jeweiligen Diagnoseblöcken 202 in der 6 skizziert ist. Wird der Heizbetrieb 138, insbesondere der dritte oder der vierte Heizzustand 184, 186, nicht unterbrochen, so verbleibt die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem jeweiligen Heizzustand 184, 186, was mittels jeweiliger Pfeile 204 veranschaulicht ist. Die Unterbrechung 162 des Heizbetriebs 138, insbesondere des dritten oder des vierten Heizzustands 184, 186 führt somit wieder zur Vorausberechnung 172 der Katalysatorauskühlung, wodurch das in der 6 skizzierte Verfahren erneut durchlaufen werden kann. Die Unterbrechung 162 kann beispielsweise infolge äußerer Einflüsse, beispielsweise Verkehrslage, des Kraftfahrzeugs herbeigeführt werden.
Vorzugsweise ist die Dauer des ersten Heizzustands 152 kleiner als 20 Sekunden. Vorzugsweise ist die Dauer des zweiten Heizzustands 154 kleiner als 40 Sekunden. Beispielsweise weist der erste Brennraum-Lambdawert 141 einen Wert von 0,7 - 0,85 auf. Beispielsweise weist der zweite Brennraum-Lambdawert 155 einen Wert von 0,8 - 0,9 auf. Beispielsweise weist der dritte Brennraum-Lambdawert 188 einen Wert von 0,95 auf. Beispielsweise weist der vierte Brennraum-Lambdawert 194 einen Wert von 0,9 auf. Beispielsweise weist der erste Winkelwert 153 einen Wert von 25 - 30 Grad Kurbelwinkel auf. Beispielsweise weist der zweite Winkelwert 159 einen Wert von 15 - 25 Grad Kurbelwinkel auf. Beispielsweise weist der dritte Winkelwert 192 einen Wert von 10 - 15 Grad Kurbelwinkel auf. Beispielsweise weist der vierte Winkelwert 196 einen Wert von <10 Grad Kurbelwinkel auf. Beispielsweise weist der erste Lambdawert 149 einen Wert von 1 - 1,15 auf. Beispielsweise weist der zweite Lambdawert 157 einen Wert von 1,1 auf. Beispielsweise weist der dritte Lambdawert 190 einen Wert von 1,05 auf. Beispielsweise weist der vierte Lambdawert 195 einen Wert von 1,15 auf. Diese Werte 141, 149, 153, 155, 157, 159, 188, 190, 192, 194, 195, 196 sind vorzugsweise als sinnvolle Applikationswerte beziehungsweise als Standardwerte zu sehen, insbesondere um Größenverhältnisse zu verdeutlichen. Die Werte können motorabhängig sein, das heißt sie können in Abhängigkeit von einer Motorkonfiguration, beispielsweise einer Zylinderanzahl und/oder einer Katalysatorvariante, abhängen und somit unterschiedlich sein. Zudem können die Werte 141, 149, 153, 155, 157, 159, 188, 190, 192, 194, 195, 196 Startwerte sein, worunter insbesondere verstanden werden kann, dass im Laufe einer Fahrzeuglebensdauer beziehungsweise einer Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine 10 sich die Werte 141, 149, 153, 155, 157, 159, 188, 190, 192, 194, 195, 196 alterungsabhängig verändern können, beispielsweise infolge einer Alterung des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50. Dies bedeutet, dass die Werte 141, 149, 153, 155, 157, 159, 188, 190, 192, 194, 195, 196 beispielsweise durch Funktionen adaptiert werden können, beispielsweise basierend auf Katalysatoralterungseffekten. Die Funktionen können in einer insbesondere als Motorsteuerung bezeichneten Steuerung beziehungsweise in einer als Steuergerät ausgebildeten elektronischen Recheneinrichtung der Verbrennungskraftmaschine abgelegt beziehungsweise modelliert sein.
Vorzugsweise ist eine Neuberechnung der Fahrtroute, insbesondere bei Stau und/oder besonderer Verkehrslage, vorgesehen. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Routenberechnung 144 erneut durchgeführt wird, wodurch das in der 5 skizzierte Verfahren erneut durchlaufen werden kann, wodurch beispielsweise eine Betriebsstrategie zur Verdichterlufteinblasung angepasst werden kann. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei beziehungsweise nach der Neuberechnung, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Betriebszustand 156 befindet, die Vorausberechnung 172 der Katalysatorauskühlung erneut durchgeführt wird, wodurch das in der 6 skizzierte Verfahren erneut durchlaufen werden kann. Dadurch kann beispielsweise die Betriebsstrategie zur Verdichterlufteinblasung bei erneutem Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 aufgrund des Auskühlens, insbesondere durch besonders lange Standzeiten beziehungsweise besonders niedrige Motorlasten, angepasst werden.
Die Neuberechnung kann beispielsweise aufgrund folgender Verkehrslagen erfolgen: Stockender Verkehr und/oder Baustelle und/oder Sperrung einer Straße und/oder schlechte Witterungsverhältnisse und/oder Zwischenstoppwünsche des Fahrers, insbesondere Pause, Gaststätte oder Aussichtspunkt.
Wenn das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet ist, kann bei der Routenberechnung 144, insbesondere der Neuberechnung, eine besonders für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs geeignete Fahrtroute ermittelt werden, welche beispielsweise dem Fahrer vorgeschlagen werden kann. Dies kann insbesondere als Hybridstrategie bezeichnet werden. Unter der Hybridstrategie kann beispielsweise eine Vermeidung von besonders niedriglastigen Betriebspunkten verstanden werden, um das Auskühlen des Katalysators zu vermindern. Zudem können zumindest streckenweise besonders niedriglastige Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 gewählt werden, insbesondere mit Unterstützung einer elektrischen Maschine, um durch besonders hohes Anfetten ein besonders schnelles Aufheizen des Katalysators 48 beziehungsweise der Katalysatoren 48, 50 zu erzielen. Vorzugsweise ist die Neuberechnung mit einer Anpassung der Betriebsstrategie des Heizbetriebs 138 verbunden. Dies kann eine Analyse der auf der Fahrtroute zu erwartenden Lastpunkte, welche beispielsweise infolge von besonders zähen Verkehrsbedingungen beeinflusst sein können, und vorzugsweise daraufhin eine Anpassung der Anfettung und/oder der zu regelnden Sekundärluftmasse umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Brennraum
14: Zündkerze
16: Zulufttrakt
18: Abgasturbolader
20: Zusatzverdichter
22: Verdichterrad
24: Leitungszweig
26: Zweigleitung
28: Verdichterrad
30: Ladeluftkühler
32: Verdichterluftleitung
34: Verdichterluftleitung
36: Drosselklappe
38: Abgaskrümmer
40: Abgasflut
42: Abgasflut
44: Abgasanlage
46: Turbinenrad
48: Katalysator
50: Katalysator
52: Einblasventil
54: Einblasventil
56: Injektor
58: Kraftstofftank
60: Kraftstoffleitung
62: Hochdruckpumpe
64: Lambdasonde
66: Lambdasonde
68: Steuergerät
70: Regelungsstrategie
72: Regler
74: Temperatursensor
76: Pfeil
78: Vorsteuerung
80: Pfeil
82: Regelung
84: Knoten
86: Pfeil
88: Diagnoseblock
90: Stellgröße
92: Pfeil
94: Vorsteuerung
96: Pfeil
98: Regelung
100: Knoten
102: Pfeil
104: Diagnoseblock
106: Stellgröße
107: Pfeil
108: Pfeil
110: Kurve
112: Berechnungsblock
114: Soll-Wert
116: Abschnitt
118: Kurve
120: Wertebereich
122: Grenzwert
124: Grenzwert
126: Abschnitt
128: Kurve
130: Kurve
132: Abschnitt
134: Kurve
136: Kurve
138: Heizbetrieb
140: Verbrennungsluftverhältnis
141: erster Brennraum-Lambdawert
142: Motorstart
144: Routenberechnung
146: Routenparameter
148: katalysatornahes Verbrennungsluftverhältnis
149: erster Lambdawert
150: Zündwinkel
151: Diagnoseblock
152: erster Heizzustand
153: erster Winkelwert
154: zweiter Heizzustand
155: zweiter Brennraum-Lambdawert
156: Betriebszustand
157: zweiter Lambdawert
158: Diagnoseblöcke
159: zweiter Winkelwert
160: Diagnoseblöcke
161: Pfeile
162: Unterbrechung
164: Motorlast
166: Benutzervorgabe
168: Fahrzeit
170: Kraftstoffverbrauch
172: Vorausberechnung
174: Parameter
176: Umgebungsinformation
178: Fahrsituation
180: Motorparameter
182: Diagnoseblock
184: dritter Heizzustand
186: vierter Heizzustand
188: dritter Brennraum-Lambdawert
190: dritter Lambdawert
192: dritter Winkelwert
194: vierter Brennraum-Lambdawert
195: vierter Lambdawert
196: vierter Winkelwert
198: Diagnoseblöcke
200: Pfeil
202: Diagnoseblöcke
204: Pfeile

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19522165 A1 [0002]
DE 4416870 C2 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in einem Heizbetrieb (138) zum Heizen eines Katalysators (48), welcher in einer Abgasanlage (44) der Verbrennungskraftmaschine (10) angeordnet ist, in jeweiligen Brennräumen (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) jeweils ein Verbrennungsluftverhältnis (140) von λ < 1 eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizbetrieb (138) durch zumindest partielles Öffnen wenigstens eines Einblasventils (52, 54) mittels eines elektrisch angetriebenen Zusatzverdichters (20) verdichtete Luft stromabwärts von Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine (10), welche den jeweiligen Brennräumen (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeordnet sind, in die Abgasanlage (44) eingebracht wird, wobei • in Abhängigkeit von wenigstens einem Routenparameter (146) einer Fahrtroute, über welche das Kraftfahrzeug von seiner aktuellen Position in seine Zielposition fahrbar ist, das Verbrennungsluftverhältnis (140) in den jeweiligen Brennräumen (12) und ein katalysatornahes Verbrennungsluftverhältnis (148) stromabwärts der Auslassventile und stromaufwärts des Katalysators (48) in der Abgasanlage (44) eingestellt wird und/oder • in einem von dem Heizbetrieb (138) unterschiedlichen, diesem nachgelagerten Betriebszustand (156), in welchem das Einbringen der Luft in die Abgasanlage (44) unterbleibt, in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter (174), welcher eine Umgebungsinformation (176) einer Umgebung des Kraftfahrzeugs oder eine Fahrsituation (178) des Kraftfahrzeugs wiedergebende Größe oder der Routenparameter (146) oder ein Motorparameter (180) der Verbrennungskraftmaschine (10) ist, die Verbrennungskraftmaschine (10) von dem Betriebszustand (156) in den Heizbetrieb (138) übergeht.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizbetrieb (138) in Abhängigkeit von dem Routenparameter (146) die Verbrennungskraftmaschine (10) in einem ersten Heizzustand (152) des Heizbetriebs (138) oder in einem von dem ersten Heizzustand (152) unterschiedlichen, zweiten Heizzustand (154) des Heizbetriebs (138) betrieben wird, wobei in dem ersten Heizzustand (152) das Verbrennungsluftverhältnis (10) in den jeweiligen Brennräumen (12) kleiner ist als in dem zweiten Heizzustand (154) und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis (148) in dem ersten Heizzustand (152) größer ist als in dem zweiten Heizzustand (154).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer auf der Fahrtroute zu erwartenden Motorlast (164) der Verbrennungskraftmaschine (10) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtroute in Abhängigkeit von wenigstens einer Benutzervorgabe (166) eines Fahrers des Kraftfahrzeugs als Randbedingung ermittelt wird, wobei die Benutzervorgabe (166) eine zu minimierende Fahrzeit (168) oder einen zu minimierenden Kraftstoffverbrauch (170) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, in dessen Rückbezug auf Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Benutzervorgabe (166) die zu minimierende Fahrzeit (168) umfasst, die Verbrennungskraftmaschine (10) in dem zweiten Heizzustand (154) betrieben wird und wenn die Benutzervorgabe (166) den zu minimierenden Kraftstoffverbrauch (170) umfasst, die Verbrennungskraftmaschine (10) in dem ersten Heizzustand (152) betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergehen von dem Betriebszustand (156) in den Heizbetrieb (138) die Verbrennungskraftmaschine (10) in einen dritten Heizzustand (184) des Heizbetriebs (138) oder einen von dem dritten Heizzustand (184) unterschiedlichen, vierten Heizzustand (186) des Heizbetriebs (138) übergeht, wobei das Verbrennungsluftverhältnis (140) in den jeweiligen Brennräumen (12) in dem dritten Heizzustand (184) größer ist als in dem vierten Heizzustand (186) und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis (148) in dem dritten Heizzustand (184) kleiner ist als in dem vierten Heizzustand (186).
Verfahren nach Anspruch 6, in dessen Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis (140) in den jeweiligen Brennräumen (12) in dem dritten Heizzustand (184) größer ist als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand (152, 154) und in dem vierten Heizzustand (186) kleiner ist als in dem ersten Heizzustand (152) und größer ist als in dem zweiten Heizzustand (154) und/oder das katalysatornahe Verbrennungsluftverhältnis (148) in dem dritten Heizzustand (184) kleiner ist als in dem ersten und dem zweiten Heizzustand (152, 154) und in dem vierten Heizzustand (186) kleiner ist als in dem ersten Heizzustand (152) und größer ist als in dem zweiten Heizzustand (154).