DE102006007417A1

DE102006007417A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006007417A1
Application number: DE102006007417A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Haft; Markus Mantei; Jens Thude
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: DE102006007417B4; KR101362695B1; US8224553B2; US20090164088A1; WO2007093501A1; KR20080103080A

Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat mindestens einen Zylinder und einen Abgastrakt, der ein zu schützendes Bauteil umfasst. Eine geschätzte dynamische Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils wird abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt. Eine geschätzte stationäre Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils wird abhängig von der mindestens einen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ohne Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt. Ein Istwert der Bauteiltemperatur des Bauteils wird abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils ermittelt. Schutzmaßnahmen für das zu schützende Bauteil werden abhängig von dem Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, insbesondere mehreren Zylindern, und einem Abgastrakt, der ein zu schützendes Bauteil umfasst. Das zu schützende Bauteil kann beispielsweise ein Katalysator sein, der in dem Abgastrakt angeordnet ist.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich zumindest innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine die Schadstoffemissionen so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum Einen dadurch erfolgen, dass die Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum Anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln können.
Voraussetzung für eine langfristige gute Konvertierungsfähigkeit der Katalysatoren ist, dass keine Überhitzung der Katalysatoren stattfindet. Aus diesem Grund ist es notwendig, insbesondere in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, in denen eine sehr hohe Leistung durch die Brennkraftmaschine abgegeben werden soll, gegebenenfalls Maßnahmen zum Schutz vor einem Überhitzen des Katalysators durchzuführen.

Aus der DE 10 2004 033 394 B3 ist eine Motorsteuerung bekannt, die eine Abgastemperatur über das Luft/Kraftstoff-Gemisch einstellt und die ein Temperaturmodell umfasst, das die Temperatur für ein zu schützendes Bauteil im Abgastrakt berechnet. Mittels des Temperaturmodells wird für das im Abgastrakt angeordnete Bauteil eine prädizierte Temperatur ermittelt, die sich unter Beibehaltung der aktuellen Betriebs- und Fahrbedingungen nach einer längeren Zeit einstellt. Die prädizierte Temperatur ist die Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils, die sich im Dauerbetrieb einstellen wird. Zum Bauteileschutz regelt die Motorsteuerung die Abgastemperatur abhängig von der prädizierten Temperatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einfach und zuverlässig ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Abgastrakt, der ein zu schützendes Bauteil umfasst. Regelmäßig umfasst die Brennkraftmaschine auch mehrere Zylinder. Das zu schützende Bauteil ist bevorzugt ein Katalysator in dem Abgastrakt, es kann jedoch auch ein beliebiges anderes Bauteil des Abgastraktes, wie beispielsweise eine Turbine eines Abgasturboladers sein. Eine geschätzte dynamische Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils wird abhängig von mindestens ei ner Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt. Unter Betriebsgröße sind Messgrößen und auch von diesen abgeleitete Größen der Brennkraftmaschine zu verstehen.

Eine geschätzte stationäre Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils wird abhängig von der mindestens einen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ohne Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt.

Die Strecke bezeichnet denjenigen Teil der Brennkraftmaschine der für das Ermitteln der geschätzten dynamischen bzw. stationären Bauteiltemperatur im Hinblick auf die mindestens eine Betriebsgröße relevant ist.

Zum Zwecke des Ermittelns der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur ist bevorzugt ein entsprechendes physikalisches Modell vorgesehen, das auch als Beobachter bezeichnet werden kann. Die geschätzte dynamische Bauteiltemperatur ist somit repräsentativ für eine aktuell tatsächliche Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils, während die geschätzte stationäre Bauteiltemperatur repräsentativ ist für diejenige Bauteiltemperatur, die sich unter stationären Bedingungen bezogen auf den Wert der mindestens einen Betriebsgröße, die zum Ermitteln der geschätzten stationären Bauteiltemperatur herangezogen wird, sich stationär einstellen würde.

Ein Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils wird abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils ermittelt.

Schutzmaßnahmen für das zu schützende Bauteil werden abhängig von dem Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils durchgeführt.

Durch das Ermitteln des Istwertes der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils kann je nach aktueller Betriebsweise geeignet dem Istwert ein Wertebereich zwischen der dynamischen und der stationären Bauteiltemperatur zugeordnet werden und so für die jeweilige Betriebsweise eine besonders geeignete Bewertung der durchzuführenden Schutzmaßnahme abhängig von dem Istwert erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Stationaritäts-Kennwert abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt und abhängig von dem Stationaritäts-Kennwert eine Art der Zuordnung der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils zu dem Istwert der Bauteiltemperatur beeinflusst.

Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass ein Grad an Stationarität des aktuellen Betriebs der Brennkraftmaschine maßgeblich dafür ist, zu welchem Grad die dynamische beziehungsweise stationäre Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils dem Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils zuzuordnen ist im Sinne einer möglichst effizienten Durchführung der Schutzmaßnahmen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass sich in einem quasi stationären Betriebszustand nach einem instationären Betriebszustand die tatsächliche Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils langsam der geschätzten stationären Bauteiltemperatur nähert. Insofern ist es gerade in einem solchen quasi stationären Betriebszustand zur Vermeidung einer unnötig ausgeprägten Schutzmaßnahme vorteilhaft, wenn zum Bestimmen des Istwertes maßgeblich die ge schätzte dynamische Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils herangezogen wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stationaritäts-Kennwert ein Gradient der geschätzten dynamischen Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils. Auf diese Weise kann der Stationaritäts-Kennwert besonders einfach und mit hinreichender Präzision aus bereits ermittelten Größen berechnet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stationaritäts-Kennwert eine Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils. Auch auf diese Weise kann der Stationaritäts-Kennwert besonders einfach und mit hinreichender Präzision aus bereits ermittelten Größen berechnet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stationaritäts-Kennwert ein Gradient einer Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils. Auf diese Weise kann der Stationaritäts-Kennwert besonders präzise ermittelt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine und
2 ein Blockdiagramm zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. Das Einspritzventil 18 ist Teil eines Einspritzsystems, das auch noch eine Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst und eine Ansteuerung für das Einspritzventil 18 und bevorzugt auch eine Kraftstoffpumpe. Die Zündkerze 19 ist Teil eines Zündsystems, das auch noch eine Ansteuerung für die Zündkerze 19 umfasst.
In dem Abgastrakt 4 ist ein Katalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Katalysator 21 als NOx-Katalysator ausgebildet sein.
Ferner ist bevorzugt in dem Abgastrakt eine Turbine 22 eines Abgasturboladers angeordnet, die einen Verdichter 23 in dem Ansaugtrakt 1 antreibt. Darüber hinaus ist bevorzugt eine nicht dargestellte Sekundärluft-Einblasvorrichtung vorhanden, mittels der Frischluft in den Abgastrakt 4 eingebracht werden kann.
Die Brennkraftmaschine umfasst mehrere Zylinder Z1–Z8, die in mehrere Gruppen aufgeteilt sein können, denen gegebenenfalls jeweils ein eigener Abgastrakt zugeordnet sein kann.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine oder als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur TIA erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein zweiter Temperatursensor 38, der eine Kühlmitteltemperatur TCO erfasst.
Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Katalysators 21 oder in dem Katalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des bzw. der zugeordneten Zylinder Z1–Z8 und stromaufwärts der Abgassonde 42 des Abgastrakts 4 vor der Oxidation des Kraftstoffs.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. So kann beispielsweise auch ein Sensor zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit VS vorgesehen sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18, die Zündkerze 19 oder die Turbine 22.
Die Stellglieder und Sensoren sind insbesondere im Hinblick auf den Zylinder Z1 in der 1 dargestellt. Den weiteren Zylindern sind bevorzugt auch noch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet. Bevorzugt sind so jedem Zylinder ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19 zugeordnet.
Bevorzugt umfasst die Steuervorrichtung 25 einen Lambdaregler, der Teil einer Lambdaregelung ist.
Anhand des Blockschaltbildes der 2 ist die Funktionalität der Steuervorrichtung 25 hinsichtlich des Durchführens von Schutzmaßnahmen für ein zu schützendes Bauteil des Abgastrakts näher erläutert. Bevorzugt ist das zu schützende Bauteil des Abgastrakts 4 der Katalysator 21. Es kann jedoch auch ein beliebiges anderes Bauteil des Abgastraktes sein, wie zum Beispiel die Turbine 22.
Bevorzugt ist die Funktionalität des Blockschaltbildes der 2 in Form von Programmen in der Steuervorrichtung 25 gespeichert und wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine in der Steuervorrichtung 25 abgearbeitet.
Ein Block B1 umfasst ein physikalisches Modell der Brennkraftmaschine bis zum Auslass des Brennraums des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z8 in den Abgastrakt 4. Das Modell kann auch als Beobachter bezeichnet werden. Es ist dazu ausgebildet, eine geschätzte dynamische Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_DYN beim Ausströmen aus dem Brennraum und eine geschätzte stationäre Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_ST beim Ausströmen aus dem Brennraum abhängig von seinen Eingangsgrößen zu ermitteln. Die Eingangsgrößen sind die Drehzahl N, der Luftmassenstrom MAF, ein Sekundärluftmassenstrom SAF, der über die Sekundärluft-Einblasvorrichtung dem Abgastrakt 4 zugeführt werden kann, ein Ist-Zündwinkel IGA_AV, bei dem tatsächlich der Zündfunke bei der jeweiligen Zündkerze 19 erzeugt wird, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP, das bevorzugt mittels einer Lambda-Regelung in den jeweiligen Zylindern Z1 bis Z8 der Brennkraftmaschine eingestellt werden soll, die Kühlmitteltemperatur TCO und die Ansauglufttemperatur TIA.
Eingangsgrößen des Blocks B1 können auch eine Untermenge oder zusätzliche der aufgeführten Betriebsgrößen sein. Statt des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_SP kann auch ein Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Eingangsgröße des Blocks B1 sein, das von dem Messsignal der Abgassonde 42 abgeleitet ist. Statt des Ist-Zündwinkels IGA_AV kann auch ein Soll-Zündwinkel Eingangsgröße des Blocks B1 sein.
Beim Ermitteln der geschätzten dynamischen Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_DYN beim Ausströmen aus dem Brennraum wird in dem Modell die Dynamik der Strecke bezüglich der Eingangsgrößen des Blocks B1 berücksichtigt. Hierbei werden insbesondere die spezifischen Wärmekapazitäten der entsprechenden Elemente der Strecke berücksichtigt und auch Gaslaufzeiten berücksichtigt oder sonstige Verzögerungszeiten berücksichtigt.
Zum Ermitteln der geschätzten stationären Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_ST beim Ausströmen aus dem Brennraum werden all diese dynamischen Einflüsse vernachlässigt und es wird somit diejenige sich unter der Annahme von stationären Betriebsbedingungen bei den Werten der aktuell anliegenden Eingangsgrößen ergebende Abgastemperatur geschätzt.
Ein Block B2 umfasst ein weiteres Modell, das diejenigen Teile des Abgastraktes von dem Auslass aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders Z1 bis Z8 bis eingangsseitig des Katalysators 21 modelliert im Hinblick auf das Ermitteln geschätzter Abgastemperaturen eingangsseitig des Katalysators 21. Auch dieses Modell kann wieder als Beobachter des entsprechenden Streckenabschnittes bezeichnet werden.
Das Modell des Blockes B2 kann alternativ auch aufgeteilt sein in mehrere Teilmodelle, die beispielsweise ein erstes Rohrstück des Abgastraktes von dem Auslass aus dem jeweiligen Brennraum hin zu der Turbine, dann die Turbine 22 selbst und schließlich ein weiteres Rohrstück von der Turbine hin zu dem Katalysator 21 repräsentieren.
Eingangsgrößen des Blockes B2 sind die geschätzten dynamischen und stationären Abgastemperaturen TEG_ENG_OUT_DYN, TEG_ENG_OUT_ST beim Ausströmen aus dem Brennraum, die Drehzahl N, der Luftmassenstrom MAF, der grundsätzlich auch den Abgasanteil umfassen kann, die Fahrzeuggeschwindigkeit VS, eine Umgebungstemperatur T_AMB und eine Turbinenleistung POW_TUR der Turbine.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit VS kann beispielsweise abhängig von der Drehzahl N, dem Übersetzungsverhältnis eines Getriebes des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, und den Radumfängen der Räder des Fahrzeugs ermittelt werden. Sie kann jedoch auf eine andere Art und Weise, die dem Fachmann bekannt ist für diese Zwecke, ermittelt werden.
Die Umgebungstemperatur T_AMB kann beispielsweise mittels eines geeigneten Umgebungstemperatursensors erfasst sein oder auch mittels eines entsprechenden physikalischen Modells abhängig von der Ansauglufttemperatur geschätzt sein. Die Turbinenleistung POW_TUR kann beispielsweise mittels bekannter Kennfelder abhängig von der Drehzahl N und dem Luftmassenstrom MAF ermittelt sein.
Neben diesen Eingangsgrößen des Blockes B2 können auch weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine Eingangsgrößen sein oder es kann auch nur eine Untermenge der genannten Eingangsgrößen Eingangsgrößen des Blockes B2 sein. Das Modell des Blockes B2 ist dazu ausgebildet, eine geschätzte dynamische und stationäre Abgastemperatur TEG_CAT_IN_DYN, TEG_CAT_IN_ST eingangsseitig des Katalysators 21 zu ermitteln. Das Ermitteln der geschätzten dynamischen beziehungsweise der geschätzten stationären Abgastemperatur TEG_CAT_IN_DYN, TEG_CAT_IN_ST eingangsseitig des Katalysators 21 erfolgt korrespondierend zu der Vorgehensweise beim Berechnen der geschätzten dynamischen beziehungsweise stationären Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_DYN, TEG_ENG_OUT_ST beim Ausströmen aus dem Brennraum gemäß dem Modell des Blocks B1. Durch das Modell des Blockes B2 wird somit der thermische Einfluss der in dem Streckenbereich von dem Auslass des Brennraums bis zu dem einlassseitigen Bereich des Katalysators 21 befindlichen Bauteile des Abgastrakts auf das in diesem strömende Abgas berücksichtigt.
Ein Block B4 umfasst ein Modell, das auch als Beobachter bezeichnet werden kann, des Katalysators 21 hinsichtlich seiner thermischen Eigenschaften und ist dazu ausgebildet abhängig von den Eingangsgrößen des Blocks B4 geschätzte dynamische und stationäre Bauteiltemperaturen T_CAT_DYN, T_CAT_ST des Katalysators 21 zu ermitteln. Die Eingangsgrößen des Blocks B4 sind die geschätzte dynamisch und stationäre Abgastemperatur TEG_CAT_IN_DYN, TEG_CAT_IN_ST eingangsseitig des Katalysators, die Drehzahl N, der Luftmassenstrom MAF, die Fahrzeuggeschwindigkeit VS, die Umgebungstemperatur T_AMB und das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis LAM_SP, das als bevorzugte Stellgröße im Rahmen der Schutzmaßnahmen zum Schützen des Katalysators 21 einen maßgeblichen Einfluss auf die Temperatur des Katalysators 21 hat. Eingangsgrößen können auch eine Untermenge der genannten Eingangsgrößen des Blockes B4 oder auch zusätzliche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sein.
Das Ermitteln der geschätzten dynamischen beziehungsweise stationären Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST des Katalysators 21 erfolgt korrespondierend zu dem entsprechenden Vorgehen in dem Block B1 hinsichtlich des Ermittelns der geschätzten dynamischen beziehungsweise stationären Abgastemperatur TEG_ENG_OUT_DYN, TEG_ENG_OUT_ST beim Ausströmen aus dem Brennraum.
Ein Block B6 ist dazu ausgebildet, einen Istwert T_CAT_AV der Bauteiltemperatur des Katalysators 21 zu ermitteln und zwar abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST des Katalysators 21. Dies erfolgt bevorzugt unter Berücksichtigung eines Stationaritäts-Kennwertes, der abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Der Stationaritäts-Kennwert ist bevorzugt ein Gradient der geschätzten dy namischen Bauteiltemperatur T_CAT_DYN und ist somit repräsentativ für den Grad der Stationarität des aktuellen Fahrbetriebs der Brennkraftmaschine. Die Zuordnung zu dem Istwert T_CAT_AV der Bauteiltemperatur des Katalysators 21 kann beispielsweise mittels eines Kennfeldes abhängig von den geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperaturen T_CAT_DYN, T_CAT_ST und dem Stationaritäts-Kennwert erfolgen. Die Zuordnung ist bevorzugt mittels entsprechender Versuche oder Simulationen ermittelt. Bevorzugt korreliert der Istwert T_CAT_AV der Bauteiltemperatur mit zunehmender Stationarität des Fahrbetriebs stärker zu dem geschätzten dynamischen Bauteiltemperatur T_CAT_DYN des Katalysators 21, während er mit zunehmender Instationarität des Fahrbetriebs zunehmend stärker zu der geschätzten stationären Bauteiltemperatur T_CAT_ST korreliert. Auf diese Weise hat sich vorteilhaft gezeigt, dass in den jeweiligen Fahrsituationen optimale Schutzmaßnahmen einheitlich durchgeführt werden können und im quasi stationären Betrieb der Brennkraftmaschine ein unnötig starker Eingriff bei den Schutzmaßnahmen, insbesondere ein unnötig starkes Anfetten des Luft/Kraftstoff-Gemisches vermieden werden kann.
In einem Verknüpfungspunkt V1 wird eine Regeldifferenz gebildet aus einem Maximalwert T_CAT_MAX und dem Istwert T_CAT_AV der Bauteiltemperatur des Katalysators 21 und dient als Eingangsgröße in einen Block B8, in dem ein entsprechender Regler ausgebildet ist. Der Regler dient zum Durchführen von Schutzmaßnahmen für das zu schützende Bauteil, also im vorliegenden Beispiel des Katalysators 21.
Aktiviert wird der Regler des Blockes B8, wenn die geschätzte dynamische Bauteiltemperatur T_CAT_DYN des Katalysators 21 einen Schwellenwert THD_CAT_PROT überschreitet. Der Schwellenwert kann beispielsweise bei 920 Grad Celsius liegen. Der Maximalwert T_CAT_MAX der Bauteiltemperatur des Katalysators 21 kann beispielsweise bei 950 Grad Celsius liegen.
Bevorzugt ist der Regler als I-Regler ausgebildet. Auf diese Weise kann schwingungsfrei und schnell auf den Maximalwert T_CAT_MAX der Bauteiltemperatur des Katalysators 21 eingeregelt werden. Der Regler kann beispielsweise auch als P, PI, PID oder ein sonstiger dem Fachmann bekannter Regler ausgebildet sein.
Der Regler erzeugt ausgangsseitig ein Bauteilschutzstellsignal SG_CAT_PROT, das beispielsweise ein Faktor zum Beeinflussen des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses LAM_SP sein kann und so zum Vermeiden einer Überhitzung des Katalysators 21 zu einer Anfettung des Luft/Kraftstoff-Gemisches führen kann.
Alternativ kann in dem Block B6 dem Istwert T_CAT_AV der Bauteiltemperatur auch entweder die geschätzte dynamische oder stationäre Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST zugeordnet werden oder je nach Fahrsituation auch ein Mittelwert aus der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST zugeordnet werden.
Der Stationaritäts-Kennwert kann beispielsweise auch aus einer Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST ermittelt werden.
Der Stationaritäts-Kennwert kann beispielsweise auch aus einem Gradienten der Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur T_CAT_DYN, T_CAT_ST ermittelt werden. Er kann jedoch auch auf eine andere Art und Weise ermittelt werden, wie beispielsweise abhängig von einem Pedalwert und/oder einem Drehmomentwunsch und/oder einer Drehzahl.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z8) und einem Abgastrakt (4), der ein zu schützendes Bauteil (21, 22) umfasst, wobei – eine geschätzte dynamische Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt wird, – eine geschätzte stationäre Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von der mindestens einen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ohne Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke ermittelt wird, – ein Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils ermittelt wird und – Schutzmaßnahmen für das zu schützende Bauteil (21, 22) abhängig von dem Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Stationäritäts-Kennwert abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird und abhängig von dem Stationäritäts-Kennwert eine Art der Zuordnung der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) zu dem Istwert der Bauteiltemperatur beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Stationaritäts-Kennwert ein Gradient der geschätzten dynamischen Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Stationaritäts-Kennwert eine Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Stationaritäts-Kennwert ein Gradient einer Differenz der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (Z1 bis Z8) und einem Abgastrakt (4), der ein zu schützendes Bauteil (21, 22) umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum – Ermitteln einer geschätzten dynamischen Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke, – Ermitteln einer geschätzten stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von der mindestens einen Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ohne Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Strecke, – Ermitteln eines Istwertes der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22) abhängig von der geschätzten dynamischen und stationären Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils und – Durchführen von Schutzmaßnahmen für das zu schützende Bauteil abhängig von dem Istwert der Bauteiltemperatur des zu schützenden Bauteils (21, 22).