EP1079091B1 - Motorregelsystem für einen Dieselmotor - Google Patents

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EP1079091B1
EP1079091B1 EP00113354A EP00113354A EP1079091B1 EP 1079091 B1 EP1079091 B1 EP 1079091B1 EP 00113354 A EP00113354 A EP 00113354A EP 00113354 A EP00113354 A EP 00113354A EP 1079091 B1 EP1079091 B1 EP 1079091B1
Authority
EP
European Patent Office
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diesel engine
engine
load
fuel mixture
air
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00113354A
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English (en)
French (fr)
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EP1079091A3 (de
EP1079091A2 (de
Inventor
Holger Adler
Frank Dr. Duvinage
Michael Lenz
Thomas Liebscher
Ulrich Merten
Norbert Ruzicka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1079091A3 publication Critical patent/EP1079091A3/de
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Publication of EP1079091B1 publication Critical patent/EP1079091B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/21—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system with EGR valves located at or near the connection to the intake system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics

Definitions

  • the invention relates to a motor control system for a Diesel engine having the features of the preamble of the claim 1.
  • an engine control system of the type mentioned which allows a lean operation and a rich operation of the diesel engine.
  • “Lean operation” is here understood to mean an overstoichiometric engine operation, in which there is an excess of oxygen, ie ⁇ > 1, in combustion.
  • rich operation means a substoichiometric engine operation in which an excess of fuel occurs in the combustion and thus in the exhaust gas
  • the engine control operates both for the lean operation and for the rich operation with maps, with separate maps are stored for the lean operation and for the rich operation.
  • a load control i. the adaptation of the diesel engine actually delivered engine power (actual value) to one of an engine control or specified by the driver or Desired engine power (setpoint), as follows:
  • the motor control determines by comparing the setpoint and actual values of engine load is the standard requirement and varies in Depending on the fuel injection amount by this more or less increased or decreased. in this respect is it in a conventional diesel engine to a so-called fuel-guided load control, in which the Load adjustment and the load control of the diesel engine through a load-determined attitude and change of the Diesel engine for combustion amount of fuel supplied he follows.
  • This fuel-guided load control has the consequence that the Realization of a grease operation in a diesel engine not can only be achieved by the Burning more fuel than required is supplied because the above-described fuel-guided load control then always have a full load operation of the diesel engine result would.
  • a method for operating a diesel engine wherein in a suction line of the diesel engine, a throttle valve and an air mass meter are arranged.
  • a NO x adsorber is arranged, which can be regenerated by switching the diesel engine in a rich operation. This regeneration operation can be initiated and supported, inter alia, by intake air throttling. A load control during the fat operation is not explained in detail.
  • EP 0 829 623 A1 shows a NO x exhaust gas purification process, in which the setting of a rich exhaust gas mixture is made possible by a strong throttling of the air supply to the diesel engine.
  • the regeneration of the NO x storage is carried out in overrun, idle or in the lower part load range of the diesel engine. For this purpose, before the regeneration in addition to a memory loading query and a query of the engine load and the speed.
  • the engine load thus forms a decision criterion, depending on the lean operation in the rich operation of the diesel engine is switched. Whether and how a load control during the fat operation takes place remains open.
  • the present invention deals with the problem an engine control system of the type mentioned so to design that it is also in the rich operation of the diesel engine allows a load control.
  • the invention is based on the general idea for which Grease operation of the diesel engine an air-driven load control provided.
  • the invention uses the knowledge that in lean-burn diesel engine in the partial load range always more air is available than to provide the air desired engine load is required, with the result that a change in the amount of fuel on the engine load affects while changing the amount of air supplied remains essentially without influence on the engine load.
  • the Applicant has recognized that this law in grease operation reversed and in a reciprocal manner, i. in fat operation the diesel engine is at least in the partial load range always more fuel available than to achieve the desired engine load is required, with the result that only a change of the diesel engine Combustion of air supplied affects engine load, while a change in the amount of fuel supplied in essential without affecting the engine load remains.
  • Load control allows the diesel engine even in rich operation be operated instationär, whereby a change between Lean operation and fat operation greatly simplified and that Performance of the diesel engine can be significantly improved can.
  • the diesel engine also with a Throttle and equipped with an air flow meter be used to form the control loop.
  • the engine control system has the diesel engine Fuel injection means, e.g. a Fuel injection system, in particular with “common-rail technology", with the help of which the diesel engine supplied Fuel quantity can be adjusted and varied.
  • the diesel engine may be equipped with air quantity adjusting means, such as e.g. Throttle, air flow meter, exhaust gas recirculation valve, Turbocharger, equipped with the help of which the Diesel engine supplied amount of air adjusted and varied can be.
  • the engine control system operates in lean operation both the fuel injection means and the Air quantity adjusting means according to the criteria of lean operation, i.e. essentially depending on fuel-guided load control.
  • both the Fuel injection as well as the Air quantity adjusting means according to the criteria of the fat operation i.e. essentially depending on air-guided load control.
  • the engine control system actuates the diesel engine at least briefly in a switching mode, in which for the current Load state of the diesel engine, the fuel injection means according to the criteria of lean operation and the Air quantity adjusting means according to the criteria of the fat operation be operated.
  • the fuel injection means according to the criteria of lean operation and the Air quantity adjusting means according to the criteria of the fat operation be operated.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a principle Diesel engine, with the engine control system according to the invention equipped and operated.
  • an exhaust gas turbocharger 1 sucks on its Compressor inlet side fresh air according to the arrow a on.
  • an exhaust gas turbocharger 1 can also another Charging device, z.
  • a mechanical loader or a so-called booster " the sucked Fresh air flows through at a correspondingly increased pressure Heat exchanger 2, which serves as intercooler, and reached a throttle point 3 in a suction line 4 a Diesel engine 10.
  • throttle 3 is a throttle 5 arranged, via an actuator 6 of a power-operated actuator 7 is actuated.
  • Throttle 3 After Throttle 3 first passes through the fresh air Suction pipe 16 and then reaches an air-collecting chamber 8, from where from them via separate inlet channels 9 the combustion areas of the Diesel engine 10 is supplied.
  • each individual throttle valves 11 are arranged, the according to the embodiment via a common Actuator 12 of a power-assisted actuator 13th are operable.
  • Downstream of the diesel engine 10 are those during combustion formed exhaust gases in an exhaust gas collection chamber 14 with a Exhaust gas recirculation line 15 in the intake manifold 16, d. H. here after the throttle 3 and in front of the air collection chamber 8 in the Air intake 4 opens.
  • the exhaust gas recirculation line 15 also upstream of the Throttle 3 to the intake of the diesel engine 10th be connected.
  • an exhaust gas recirculation valve 17 In the mouth region of the exhaust gas recirculation line 15 is in Intake manifold 16, an exhaust gas recirculation valve 17 is arranged, the via an actuator 18 of a power-operated Actuator 19 can be actuated.
  • an actuator 18 of a power-operated Actuator 19 can be actuated.
  • the exhaust gas recirculation line 15 with a heat exchanger 20 in the heat exchange, so that optionally achieved cooling of the recirculated exhaust gas can be.
  • the turbine inlet section and / or the turbine flowing exhaust gas flow is with the help of a Actuator 21 changeable, that of a power-operated Actuator 22 is actuated.
  • a Actuator 21 changeable that of a power-operated Actuator 22 is actuated.
  • the exhaust gas according to the Arrow b an exhaust purification device 28 fed, the in Fig. 1 by a dashed lines shown Frame is marked and described in more detail below becomes.
  • the diesel engine 10 is powered by a motor control or Motor control 23 controlled or regulated, what this over Lines with the corresponding units of the diesel engine 10 is connected.
  • a line 24th shown, which the engine control with a Injection 25 of the diesel engine 10 connects.
  • Further Lines 34, 35, 36 and 37 connect the controller 23 with the Actuators 22, 13, 19 and 7.
  • the exhaust gas purification device 28 has an adsorber or storage catalytic converter 29, which is preferably designed as a NO x storage catalytic converter. Furthermore, the exhaust gas purification device 28 comprises an oxidation catalyst 30 arranged downstream of or also upstream of the NO x storage catalytic converter 29. The two catalysts 29 and 30 are optionally connected to each other by at least one heat-insulated tube 31, which is, for example, air gap and / or mat insulated. Downstream of the storage catalytic converter 29, a first ⁇ probe 32 is arranged in the exhaust line of the diesel engine 10, which is connected via a corresponding signal line 33 to the controller 23. Furthermore, downstream of the storage catalytic converter 29, a first temperature sensor 38 is arranged, which is connected via a signal line 39 to the controller 23.
  • ⁇ probes and temperature sensors may be housed in the exhaust line of the diesel engine 10.
  • NO x sensor 42 is provided which communicates downstream of the storage catalytic converter 29 with the exhaust line and is also connected to the controller 23.
  • a secondary air supply 43 is provided which Fresh air via a connected to the exhaust system Zu Adjustsleirung 44 downstream of the diesel engine 10, here downstream of the turbocharger 1, and upstream of the storage catalyst 29 in initiates the exhaust system.
  • the amount of fed Secondary air is via a controllable supply valve 45 adjustable, via a corresponding control line 46 at the motor controller 23 is connected.
  • the secondary air can For example, from the pressure side of the exhaust gas turbocharger. 1 be diverted. Similarly, the secondary air to a be provided in another suitable manner.
  • the storage catalytic converter 29 may be provided with a heating device 27 be equipped in Fig. 1 by a in the Storage catalytic converter 29 symbolizes integrated heating coil is.
  • an air mass meter 47th Power is arranged on the throttle valve 5, which has a corresponding signal line 48 connected to the controller 23 is.
  • the engine control system according to the invention operates as follows:
  • the controller 23 operates according to the principle of a fuel-driven load control. To for this purpose, the controller 23 determines from a load setpoint, the e.g. from the driver one with the diesel engine 10 equipped vehicle or one Speed control system of this vehicle generates and from a currently available load actual value Regulation requirements for the fuel injection system 25. About the Change in the amount of fuel supplied to the diesel engine 10 then the engine load can be influenced. If more engine load is required, the diesel engine 10 accordingly more Diesel fuel to be supplied. In the context of this fuel-driven load control works the lean-operated Diesel engine 10 with ⁇ values of ⁇ 1.3 to 10.
  • the Throttle 5 usually not operated. If, however, one higher exhaust gas recirculation rate can be generated at opened exhaust gas recirculation valve 17 by an operation the throttle valve 5, the fresh air supply are throttled, whereby the exhaust gas recirculation rate increases. This Influencing the exhaust gas recirculation can also be on the Engine load, but is not part of the Load control in lean operation. If, for example, the Increase the exhaust gas recirculation rate a reduction of Motor load causes this is done with the help of load control a correspondingly increased injection quantity compensated.
  • the controller 23 switches to an air-controlled load control around. Accordingly, a comparison of the setpoints and actual values the engine load to an operation of the throttle valve 5, so the diesel engine 10 more or less air for combustion supply.
  • the Air-controlled load control then becomes the throttle valve 5 gradually closed until only one Air is supplied to the diesel engine 10, the Compliance with the lambda value is required. During this Valve adjustment does not change the engine load.

Landscapes

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für einen Dieselmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Aus der DE 197 50 226 C 1 ist ein Motorregelsystem der eingangs genannten Art bekannt, das einen Mager-Betrieb und einen Fett-Betrieb des Dieselmotors ermöglicht. Als Mager-Betrieb" wird hierbei ein überstöchiometrischer Motorbetrieb verstanden, bei dem in der Verbrennung ein Sauerstoffüberschuß, das heißt λ>1, herrscht. Dementsprechend wird unter Fett-Betrieb ein unterstöchiometrischer Motorbetrieb verstanden, bei dem in der Verbrennung und somit im Abgas ein Kraftstoffüberschuß, d.h. λ<1 , herrscht. Beim bekannten Motorregelsystem arbeitet die Motorregelung sowohl für den Mager-Betrieb als auch für den Fett-Betrieb mit Kennfeldern, wobei für den Mager-Betrieb und für den Fett-Betrieb separate Kennfelder hinterlegt sind. Ein Motorregelsystem, das sowohl einen Mager-Betrieb als auch einen Fett-Betrieb des Dieselmotors ermöglicht, wird beispielsweise dazu benötigt, einen im Abgasstrang des Dieselmotors angeordneten Speicherkatalysator, der während des Mager-Betriebs NOx absorbiert, durch einen bedarfsabhängig durchgeführten Fett-Betrieb zu regenerieren, wobei dann die gespeicherten Nitrate desorbiert werden.
Bei einem herkömmlichen, magerbetriebenen Dieselmotor erfolgt eine Lastregelung, d.h. die Anpassung der vom Dieselmotor tatsächlich abgegebenen Motorleistung (Istwert) an eine von einer Motorsteuerung oder vom Fahrer vorgegebene bzw. erwünschte Motorleistung (Sollwert), wie folgt:
Die Motorregelung ermittelt durch einen Vergleich der Soll- und Ist-Werte der Motorlast den Regelbedarf und variiert in Abhängigkeit davon die Kraftstoffeinspritzmenge, indem diese mehr oder weniger erhöht oder erniedrigt wird. Insoweit handelt es sich bei einem herkömmlichen Dieselmotor um eine sogenannte kraftstoffgeführte Lastregelung, bei der die Lasteinstellung und die Lastregelung des Dieselmotors durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt.
Diese kraftstoffgeführte Lastregelung hat zur Folge, daß die Realisierung eines Fett-Betriebes bei einem Dieselmotors nicht ausschließlich dadurch erreicht werden kann, daß der Verbrennung mehr Kraftstoff als erforderlich zugeführt wird, da die vorbeschriebene kraftstoffgeführte Lastregelung dann stets einen Vollast-Betrieb des Dieselmotors zur Folge haben würde.
Die vorgenannte DE 197 50 226 C 1 führt mehrere Möglichkeiten an, mit deren Hilfe bei einem Dieselmotor ein unterstöchiometrisches Abgasgemisch erzeugt werden kann, ohne daß sich dabei zwangsläufig ein Vollastbetrieb einstellt. Dabei werden Möglichkeiten genutzt, den Dieselkraftstoff so (spät) einzuspritzen, daß er an der Leistungsentfaltung des Dieselmotors keinen Anteil hat. Beispielsweise kann dies mittels spezieller Kennfelder durch eine geeignete Abstimmung der Einspritzparameter wie Beginn, Dauer und Druck realisiert werden.
Bei einer solchen Vorgehensweise besteht jedoch das Problem, daß ein auf diese Weise realisierter Fett-Betrieb immer nur einzelne, stationäre Lastpunkte einstellen kann. Ein derartiges stationäres Betriebsverhalten eines Dieselmotors ist jedoch unerwünscht, insbesondere kann bei Berücksichtigung dieser Problematik eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators nur in einem stationären Betriebszustand durchgeführt werden. Versuche, die kraftstoffgeführte Lastregelung im Fett-Betrieb des Dieselmotors anzuwenden, scheitern, denn es hat sich gezeigt, daß ein Dieselmotor im unterstöchiometrischen Betrieb auf eine Änderung der zugeführten Kraftstoffmenge nicht mehr mit einer Laständerung reagiert. Lediglich das Verbrennungsluftverhältnis Lambda kann durch eine Veränderung der Kraftstoffmenge beeinflußt werden.
Aus der DE 195 43 219 C1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors bekannt, wobei in einer Ansaugleitung des Dieselmotors eine Drosselklappe sowie ein Luftmassenmesser angeordnet sind. Im Abgasstrang des Dieselmotors ist ein NOx-Adsorber angeordnet, der durch Umschalten des Dieselmotors in einen Fett-Betrieb regeneriert werden kann. Dieser Regenerationsbetrieb kann unter anderem durch Ansaugluftdrosselung eingeleitet und unterstützt werden. Eine Lastregelung während des Fett-Betriebs wird dabei nicht näher erläutert.
Die EP 0 829 623 A1 zeigt ein NOx-Abgasreinigungsverfahren, bei dem das Einstellen eines fetten Abgasgemischs durch eine starke Drosselung der Luftzufuhr zum Dieselmotor ermöglicht wird. Um dabei Komforteinbußen zu vermeiden, wird die Regeneration des NOx-Speichers im Schubbetrieb, im Leerlauf oder im unteren Teillastbereich des Dieselmotors vorgenommen. Hierzu erfolgt vor der Regeneration neben einer Speicherbeladungsabfrage auch eine Abfrage der Motorlast sowie der Drehzahl. Die Motorlast bildet somit ein Entscheidungskriterium, in dessen Abhängigkeit vom Mager-Betrieb in den Fett-Betrieb des Dieselmotors umgeschaltet wird. Ob und wie eine Lastregelung während des Fett-Betriebs stattfindet, bleibt dabei offen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Motorregelsystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es auch im Fett-Betrieb des Dieselmotors eine Lastregelung ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Motorregelsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für den Fett-Betrieb des Dieselmotors eine luftgeführte Lastregelung vorzusehen. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß beim magerbetriebenen Dieselmotor im Teillastbereich stets mehr Luft zur Verfügung steht, als zur Erbringung der gewünschten Motorlast erforderlich ist, mit der Folge, daß sich eine Veränderung der Kraftstoffmenge auf die Motorlast auswirkt, während eine Veränderung der zugeführten Luftmenge im wesentlichen ohne Einfluß auf die Motorlast bleibt. Die Anmelderin hat erkannt, daß diese Gesetzmäßigkeit im Fett-Betrieb umkehrt und in reziproker Weise gilt , d.h. im Fett-Betrieb des Dieselmotors steht zumindest im Teillastbereich stets mehr Kraftstoff zur Verfügung als zur Erzielung der erwünschten Motorlast erforderlich ist, mit der Folge, daß ausschließlich eine Veränderung der dem Dieselmotor zur Verbrennung zugeführten Luftmenge die Motorlast beeinflußt, während eine Veränderung der zugeführten Kraftstoffmenge im wesentlichen ohne Einfluß auf die Motorlast bleibt. Mit Hilfe einer auf dieser Erkenntnis basierenden luftgeführten Lastregelung kann der Dieselmotor auch im Fett-Betrieb instationär betrieben werden, wodurch ein Wechsel zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb erheblich vereinfacht und das Betriebsverhalten des Dieselmotors deutlich verbessert werden kann.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen luftgeführten Lastregelung im Fett-Betrieb des Dieselmotors kann auf Kenntnisse zurückgegriffen werden, die bei luftgeführten Lastregelungen bei Otto-Motoren gewonnen werden konnten. Dementsprechend kann der Dieselmotor ebenfalls mit einer Drosselklappe und mit einem Luftmengenmesser ausgestattet werden, um den Regelkreis auszubilden.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motorregelsystems weist der Dieselmotor Kraftstoffeinspritzmittel auf, z.B. eine Kraftstoffeinspritzanlage, insbesondere mit "Common-Rail-Technik", mit deren Hilfe die dem Dieselmotor zugeführte Kraftstoffmenge eingestellt und variiert werden kann. Außerdem kann der Dieselmotor mit Luftmengeneinstellmitteln, wie z.B. Drosselklappe, Luftmengenmesser, Abgasrückführungsventil, Turbolader, ausgestattet sein, mit deren Hilfe die dem Dieselmotor zugeführte Luftmenge eingestellt und variiert werden kann. Das Motorregelsystem betätigt im Mager-Betrieb sowohl die Kraftstoffeinspritzmittel als auch die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebes, d.h. im wesentlichen in Abhängigkeit der kraftstoffgeführten Lastregelung. Außerdem betätigt das Motorregelsystem im Fett-Betrieb sowohl die Kraftstoffeinspritzmittel als auch die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebes, d.h. im wesentlichen in Abhängigkeit der luftgeführten Lastregelung. Damit das Umschalten zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb lastneutral durchgeführt werden kann, betätigt das Motorregelsystem den Dieselmotor zumindest kurzzeitig in einem Umschaltbetrieb, in dem für den aktuellen Lastzustand des Dieselmotors die Kraftstoffeinspritzmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebes und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebes betätigt werden. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor im Mager-Betrieb bei vollständig geöffneter Drosselklappe, so daß ein bestimmter Lastzustand durch die zugeführte Kraftstoffmenge definiert wird. Im Umschaltbetrieb wird die zu diesem Lastzustand zugehörige Kraftstoffmenge beibehalten, zusätzlich wird die für diesen Lastzustand vorgesehene Drosselklappenstellung eingestellt, wobei sich die Motorlast nicht verändert, da die weggedrosselte Frischluft ohnehin nicht für die Verbrennung benötigt wird. Durch die Betätigung der Drosselklappe kann jedoch der Lambda-Wert verändert werden, so daß das Umschalten von Mager-Betrieb auf Fett-Betrieb übergangslos und bei gleichbleibender Motorlast erfolgen kann. Sobald vollständig auf den Fett-Betrieb umgeschaltet ist, bewirkt eine Vergrößerung der zugeführten Kraftstoffmenge nur noch eine Änderung des Lambda-Wertes, ohne daß sich dabei die Motorlast spürbar verändert. Durch die auf diese Weise realisierte nahezu lastkonstante Umstellung zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb und da die erfindungsgemäße Motorregelung auch im Fett-Betrieb einen instationären Motorbetrieb ermöglicht, ergibt sich ein besonders komfortables Betriebsverhalten für den Dieselmotor und somit auch für ein mit dem Dieselmotor und dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgestattetes Fahrzeug.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Motorregelsyszems ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung für einen Dieselmotor, der mit dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgegestattet und betrieben ist.
Entsprechend Fig. 1 saugt ein Abgasturbolader 1 auf seiner Verdichteeintrittsseite Frischluft entsprechend dem Pfeil a an. Anstelle eines Abgasturboladers 1 kann auch eine andere Aufladeeinrichzung, z. B. ein mechanischer Lader oder ein sogenannter Booster", verwendet werden. Die angesaugte Frischluft durchströmt bei entsprechend erhöhtem Druck einen Wärmetauscher 2, der als Ladeluftkühler dient, und erreicht eine Drosselstelle 3 in einer Ansaugleitung 4 eines Dieselmotors 10. In der Drosselstelle 3 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, die über ein Stellglied 6 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 7 betätigbar ist. Nach der Drosselstelle 3 durchquert die Frischluft zunächst ein Saugrohr 16 und erreicht dann eine Luftsammelkammer 8, von wo aus sie über separate Einlaßkanäle 9 den Brennbereichen des Dieselmotors 10 zugeführt wird. In den Einlaßkanälen 9 sind jeweils einzelne Drosselklappen 11 angeordnet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel über ein gemeinsames Stellglied 12 von einem hilfskraftbetäzigten Stellantrieb 13 betätigbar sind.
Stromab des Dieselmotors 10 werden die während der Verbrennung gebildeten Abgase in einer Abgassammelkammer 14 mit einer Abgasrückführungsleitung 15, die im Saugrohr 16, d. h. hier nach der Drosselstelle 3 und vor der Luftsammelkammer 8 in der Luftansaugleitung 4 mündet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Abgasrückführungsleitung 15 auch stromauf der Drosselstelle 3 an den Ansaugtrakt des Dieselmotors 10 angeschlossen sein.
Im Mündungsbereich der Abgasrückführungsleitung 15 ist im Saugrohr 16 ein Abgasrückführungsventil 17 angeordnet, das über ein Stellglied 18 von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 19 betätigbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Abgasrückführungsleitung 15 mit einem Wärmetauscher 20 im Wärmeaustausch, so daß gegebenenfalls eine Kühlung des rückgeführten Abgases erreicht werden kann.
Der Turbineneintrittsquerschnitt und/oder der die Turbine durchströmende Abgasvolumenstrom ist mit Hilfe eines Stellglieds 21 veränderbar, das von einem hilfskraftbetätigten Stellantrieb 22 betätigbar ist. Nach dem Durchströmen der Turbine des Abgasturboladers 1 wird das Abgas entsprechend dem Pfeil b einer Abgasreinigungseinrichtung 28 zugeleitet, die in Fig. 1 durch einen mit unterbrochenen Linien dargestellten Rahmen gekennzeichnet ist und weiter unten genauer beschrieben wird.
Der Dieselmotor 10 wird von einer Motorsteuerung oder Motorregelung 23 gesteuert bzw. geregelt, wozu diese über Leitungen mit den entsprechenden Aggregaten des Dieselmotors 10 verbunden ist. Beispielsweise ist in Fig. 1 eine Leitung 24 dargestellt, welche die Motorsteuerung mit einer Einspritzanlage 25 des Dieselmotors 10 verbindet. Weitere Leitungen 34, 35, 36 und 37 verbinden die Steuerung 23 mit den Stellantrieben 22, 13, 19 und 7.
Die Abgasreinigungseinrichtung 28 weist einen Adsorber- bzw. Speicherkatalysator 29 auf, der vorzugsweise als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet ist. Des weiteren umfaßt die Abgasreinigungseinrichtung 28 einen stromab oder auch stromauf des NOx-Speicherkatalysators 29 angeordneten Oxidationskatalysator 30 auf. Die beiden Katalysatoren 29 und 30 sind wahlweise durch wenigstens ein wärmeisoliertes Rohr 31 miteinander verbunden, das beispielsweise luftspalt- und/oder mattenisoliert ist. Stromab des Speicherkatalysators 29 ist eine erste λ-Sonde 32 im Abgasstrang des Dieselmotors 10 angeordnet, die über eine entsprechende Signalleitung 33 mit der Steuerung 23 verbunden ist. Des weiteren ist stromab des Speicherkatalysators 29 ein erster Temperatursensor 38 angeordnet, der über eine Signalleitung 39 an die Steuerung 23 angeschlossen ist. Außerdem ist stromauf des Speicherkatalysators 29 eine zweite λ-Sonde 40 sowie ein zweiter Temperatursensor 41 angeordnet, die ebenfalls in entsprechender Weise mit der Steuerung 23 kommunizieren. Zusätzlich können weitere, hier nicht dargestellte λ-Sonden und Temperatursensoren im Abgasstrang des Dieselmotors 10 untergebracht sein. Außerdem ist wenigstens ein NOx-Sensor 42 vorgesehen, der hier stromab des Speicherkatalysators 29 mit dem Abgasstrang kommuniziert und ebenfalls mit der Steuerung 23 verbunden ist.
Des weiteren ist eine Sekundärluftzuführung 43 vorgesehen, die Frischluft über eine an den Abgasstrang angeschlossene Zuführungsleirung 44 stromab des Dieselmotors 10, hier stromab des Turboladers 1, und stromauf des Speicherkatalysators 29 in den Abgasstrang einleitet. Die Menge der zugeführten Sekundärluft ist über ein steuerbares Zuführungsventil 45 einstellbar, das über eine entsprechende Steuerleitung 46 an die Motorsteuerung 23 angeschlossen ist. Die Sekundärluft kann beispielsweise von der Druckseite des Abgasturboladers 1 abgezweigt werden. Ebenso kann die Sekundärluft auf eine andere geeignete Weise zur Verfügung gestellt werden.
Der Speicherkatalysator 29 kann mit einer Heizeinrichtung 27 ausgestattet sein, die in Fig. 1 durch eine in den Speicherkatalysator 29 integrierte Heizspirale symbolisiert ist.
In der Ansaugleitung 4 ist außerdem ein Luftmassenmesser 47 Strom auf der Drosselklappe 5 angeordnet, der über eine entsprechende Signalleitung 48 mit der Steuerung 23 verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Motorregelsystem arbeitet wie folgt:
Im Mager-Betrieb des Dieselmotors 10 arbeitet die Steuerung 23 nach dem Prinzip einer kraftstoffgeführten Lastregelung. Zu diesem Zweck ermittelt die Steuerung 23 aus einem Last-Sollwert, der z.B. vom Fahrer eines mit dem Dieselmotor 10 ausgestatteten Fahrzeuges oder von einem Geschwindigkeitsregelungssystem dieses Fahrzeuges erzeugt wird, und aus einem aktuell vorliegenden Last-Istwert den Regelungsbedarf für die Kraftstoffeinspritzanlage 25. Über die Veränderung der dem Dieselmotor 10 zugeführten Kraftstoffmenge kann dann die Motorlast beeinflußt werden. Wenn mehr Motorlast gefordert wird, muß dem Dieselmotor 10 dementsprechend mehr Dieselkraftstoff zugeführt werden. Im Rahmen dieser kraftstoffgeführten Lastregelung arbeitet der mager betriebene Dieselmotor 10 mit λ-Werten von ≈ 1,3 bis 10.
Während der kraftstoffgeführten Lastregelung wird die Drosselklappe 5 in der Regel nicht betätigt. Wenn jedoch eine höhere Abgasrückführungsrate erzeugt werden soll, kann bei geöffnetem Abgasrückführungsventil 17 durch eine Betätigung der Drosselklappe 5 die Frischluftzuführung gedrosselt werden, wodurch sich die Abgasrückführungsrate erhöht. Diese Beeinflussung der Abgasrückführung kann sich zwar auch auf die Motorlast auswirken, ist jedoch nicht Bestandteil der Lastregelung im Mager-Betrieb. Wenn beispielsweise die Erhöhung der Abgasrückführungsrate eine Reduktion der Motorlast bewirkt, wird dies mit Hilfe der Lastregelung durch eine entsprechend erhöhte Einspritzmenge kompensiert.
Wenn der Dieselmotor 10 beispielsweise zur Regeneration des Speicherkatalysators 29 in einem Fett-Betrieb arbeiten soll, schaltet die Steurung 23 auf eine luftgeführte Lastregelung um. Dementsprechend führt ein Vergleich der Soll- und Istwerte der Motorlast zu einer Betätigung der Drosselklappe 5, um so dem Dieselmotor 10 mehr oder weniger Luft zur Verbrennung zuzuführen.
Dabei kann unter Zuhilfenahme der Abgasrückführung eine äußerst komplexe Regelung des Lambda-Wertes für den Fett-Betrieb durchgeführt werden, da sich die im rückgeführten Abgas enthaltene, unverbrannte Kraftstoffmenge auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas zusätzlich auswirkt. Durch die Integration der Abgasrückführung in die luftgeführte Lastregelung kann beispielsweise der Regenerationsprozeß des Speicherkatalysators 29 verbessert und die Rußbildung im Abgas des Dieselmotors 10 reduziert werden. Darüberhinaus kann zur Beeinflussung der Abgaszusammensetzung ein Zusammenwirken der Drosselklappen 11 in den Einlaßkanälen 9 und/oder einer Beeinflussung des Ladedruckes verwirklicht werden. Wie im Mager-Betrieb können somit auch im Fett-Betrieb instationäre Lastzustände realisiert werden, so daß die unterschiedlichen Betriebsphasen vom Fahrer eines mit dem Dieselmotor 10 und dem erfindungsgemäßen Motorregelsystem ausgestatteten Fahrzeug regelmäßig nicht unterschieden werden können.
Damit auch das Umschalten vom Mager-Betrieb zum Fett-Betrieb und umgekehrt vom Fahrer möglichst unbemerkt bleibt, bewirkt die Steuerung 23 zum Umschalten beispielsweise vom Mager-Betrieb auf den Fett-Betrieb einen Umschaltbetrieb, in dem die luftgeführte Lastregelung allmählich in die kraftstoffgeführte Lastregelung eingeregelt wird und die kraftstoffgeführte Lastregelung aus der vollständig eingeregelten luftgeführten Lastregelung allmählich ausgeregelt wird. Beispielsweise arbeitet der Dieselmotor 10 im Mager-Betrieb in einem bestimmten Lastzustand mit λ = 2, wobei die Drosselklappe 5 vollständig geöffnet ist. Zum kontinuierlichen Einregeln der luftgeführten Lastregelung wird dann die Drosselklappe 5 allmählich soweit geschlossen, bis nur noch derjenige Luftanteil dem Dieselmotor 10 zugeführt wird, der zur Einhaltung des Lambda-Wertes erforderlich ist. Während dieser Klappenverstellung ändert sich die Motorlast nicht. Zum Ausregeln der kraftstoffgeführten Lastregelung wird dann die Kraftstoffmenge allmählich erhöht, wobei sich der Lambda-Wert allmählich reduziert, ohne daß sich dabei die Motorlast wesentlich verändert, da durch die Drosselklappenstellung nur so viel Luft dem Dieselmotor 10 zugeführt wird, wie zur Aufrechterhaltung der aktuellen Motorlast erforderlich ist. Eine Erhöhung der Kraftstoffmenge bewirkt somit keine erhöhte Energieumsetzung im Dieselmotor 10; die Motorlast bleibt daher konstant. Sobald der Lambda-Wert in den unterstöchiometrischen Bereich absinkt, kann die luftgeführte Lastregelung instationäre Lastzustände realisieren, da stets mehr Kraftstoff zur Verfügung steht, als zur Erzielung der erforderlichen Motorlast notwendig ist. Eine Veränderung der Drosselklappenstellung wirkt sich dann auf die Motorlast aus.

Claims (9)

  1. Motorregelsystem für einen Dieselmotor (10), das einen Mager-Betrieb und einen Fett-Betrieb des Dieselmotors (10) ermöglicht, wobei
    im Mager-Betrieb eine Lasteinstellung und eine Lastregelung des Dieselmotors durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt, und
    zur Einstellung des Fett-Betriebs eine Ansaugluftdrossetung vorgenommen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    während des Fett-Betriebs die Lasteinstellung und die Lastregelung durch eine lastbestimmte Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zur Verbrennung zugeführten Luftmenge erfolgt.
  2. Motorregelsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß Kraftstoffeinspritzmittel (25) vorgesehen sind, die zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Kraftstoffmenge dienen, und
    daß Luftmengeneinstellmittel (5,11,17,21,47) vorgesehen sind, die zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge dienen.
  3. Motorregelsystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Mager-Betrieb die Kraftstoffeinspritzmittel und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend Kriterien des Mager-Betriebs betätigt werden,
    daß im Fett-Betrieb die Kraftstoffeinspritzmittel und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend Kriterien des Fett-Betriebs betätigt werden,
    daß zum Umschalten zwischen Mager-Betrieb und Fett-Betrieb der Dieselmotor (10) kurzzeitig in einem Umschaltbetrieb arbeitet, in dem für den aktuellen Lastzustand des Dieselmotors (10) die Kraftstoffeinspritzmittel entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebs und die Luftmengeneinstellmittel entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebs betätigt werden.
  4. Motorregelsystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Umstellen der Betätigung der Kraftstoffeinspritzmittel und der Luftmengeneinstellmittel zwischen der Betätigung entsprechend den Kriterien des Mager-Betriebs und der Betätigung entsprechend den Kriterien des Fett-Betriebs kontinuierlich erfolgt.
  5. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengeneinstellmittel eine im Ansaugtrakt des Dieselmotors (10) Drosselklappe (5) und einen im Ansaugtrakt des Dieselmotors (10) angeordneten Luftmengenmesser (47) aufweisen.
  6. Motorregelsystem nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengeneinstellmittel eine Abgasrückführung (15) aufweisen, die stromauf oder stromab der Drosselklappe (5) in den Ansaugtrakt mündet, und daß diese Abgasrückführung (15) ein Abgasrückführungsventil (17) aufweist, mit dem die Menge der rückgeführten Abgase einstellbar ist, wobei das Abgasrückführungsventil (17) zusammen mit der Drosselklappe (5) zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge und deren Zusammensetzung in Abhängigkeit der Motorlast betätigt werden.
  7. Motorregelsystem nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengeneinstellmittel einen Lader (1), z.B. Abgasturbolader, und/oder Einlaßkanalklappen (11) aufweisen, mit denen der Durchströmungsquerschnitt von den Ansaugtrakt mit je einer Zylinderbrennkammer des Dieselmotors (10) mit Ansaugluft versorgenden Einlaßkanälen (9) einstellbar ist, wobei der Lader (1) und/oder die Einlaßkanalklappen (11) zusammen mit der Drosselklappe (5) zur Einstellung und Veränderung der dem Dieselmotor (10) zugeführten Luftmenge und deren Zusammensetzung in Abhängigkeit der Motorlast betätigt werden.
  8. Motorregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen und Verändern der dem Dieselmotor (10) zur Verbrennung zugeführten Luftmenge der Druck im Ansaugtrakt geregelt und/oder gesteuert wird.
  9. Motorregelsystem nach einem Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Fett-Betrieb das Luft-Brennstoff-Verhältnis (λ) durch die gemeinsame Betätigung von Kraftstoffeinspritzmitteln (25) und einer Abgasrückführung (15,17) eingestellt wird.
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