DE10040517A1 - Verfahren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Abgasstrang - Google Patents
Verfahren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im AbgasstrangInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Abgassystem bewirkt eine einem zur Sauerstoffspeicherung fähigen Katalysator zugeordnete Lambda-/Sauerstoff-Sonde rückgekoppelt mit einer elektronischen Gemischbildungseinrichtung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine eine periodische Brennraum-Lambda-Schwingung des jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Gemisches um stöchiometrische Verhältnisse. Zum bedarfsweisen Heizen eines knapp über seiner Anspringtemperatur betriebswarmen Katalysators wird ein Verfahren dahingehend weitergebildet, dass die Brennraum-Lambda-Schwingung durch eine gesonderte Vorsteuerung in Abhängigkeit von maschinenabhängigen sowie katalysatorabhängigen Parametern derart moduliert wird, dass eine gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für einen einem bedarfsweisen Heizen des Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 auf ein Verfah
ren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Ab
gassystem, bei dem eine einem zur Sauerstoffspeicherung fähigen Katalysator zu
geordnete Lambda-/Sauerstoff-Sonde rückgekoppelt mit einer elektronischen Ge
mischbildungseinrichtung in mindestens einem Brennraum der Brennkraftmaschine
eine im wesentlichen periodische Brennraum-Lambda-Schwingung des jeweiligen
Luft-/Kraftstoff-Gemisches um stöchiometrische Verhältnisse bewirkt.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 44 33 919 A1 bekannt, bei
dem die Brennraum-Lambda-Schwingung auf eine ausreichende Speicherung von
Sauerstoff in einem Katalysator ausgelegt ist. Bei einer Abweichung in Richtubg
mageres Gemisch mit erhöhtem Sauerstoffanteil wird bei diesem Verfahren mit der
anschließenden Unterwelle ein fettes, sauerstoffarmes Gemisch eingesteuert zur
Erzielung eines Summen-Sauerstoffvorrates für ein im wesentlichen stöchiometri
sches Abgas.
Weiter ist es aus der DE 198 01 815 A1 bekannt, zur Einregelung eines stöchio
metrischen Abgases mittels der Lambda-/Sauerstoff-Sonde die periodische Brenn
raum-Lambda-Schwingung kurzzeitig in einen mageren Gemischbereich oder kurz
zeitig in einen fetten Gemischbereich zu verschieben.
Schließlich ist es im bekannten Stand der Technik üblich, bei insbesondere mager
betriebenen Ottomotoren mit einer Abgasanlage mit einem maschinennahen Vorkat
bzw. Startkatalysator und einem weiteren Katalysator, insbesondere NOX-Speicher-
Katalysator im Unterboden des Fahrzeuges ein Aufheizen des jeweiligen Katalysa
tors anzustreben. Hierfür sind verschiedene Strategien bekannt, wie das Heizen
durch Zündwinkelrücknahme, das Heizen durch Bankvertrimmung oder Zylinder
vertrimmung sowie das Heizen durch eine Doppeleinspritzung.
Nachteilig hierbei ist, dass das Heizen mit Zündwinkelrücknahme, Zylinder- und
Bankvertrimmung oder Doppeleinspritzung nur zum Teil wirksam ist, da zu einem
die Temperatur nur vor oder im Vorkat entsteht oder, wie bei der Bankvertrimmung,
nur bei einer Y-Abgasanlage anwendbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zur Ge
mischbildung derart weiterzubilden, dass ein knapp über der Anspringtemperatur
betriebswarmer Katalysator bedarfsweise geheizt werden kann.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Brennraum-
Lambda-Schwingung durch eine gesonderte Vorsteuerung bezüglich Amplitude u./o.
Frequenz u./o.. Schwingungsform in Abhängigkeit von durchgesetzter Luftmasse
und dem Sauerstoff-Speicherungsvermögen des Katalysators einschließlich dessen
Sauerstoff-Ein- und Aus-Speicherungsverhalten derart moduliert wird, dass eine
gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für eine einem bedarfsweisen Heizen des
Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei einem Betrieb der Brennkraft
maschine in geringer Last oder Null-Last mit einem knapp über der Anspringtempe
ratur betriebswarmen Katalysator dieser über die erfindungsgemäße Gemisch
bildung derart konditioniert werden kann, dass mit der gesteigerten Sauerstoff-Ein
speicherung eine exotherme Reaktion im Katalysator angestossen wird, die die
Temperatur des Katalysators vorteilhaft erhöht in Richtung gesteigerter Konvertie
rungsleistung.
Zur vorteilhaften Entkoppelung der beiden Funktionen der Brennraum-Lambda-
Schwingung zur Einstellung eines stöchiometrischen Abgases einerseits und zur
Vorsteuerung der Heiz-Modulation andererseits wird in Weiterbildung der Erfindung
vorgeschlagen, dass die gesonderte Heiz-Modulation der von der Gemischbildungs
einrichtung generierten Brennraum-Lambda-Schwingung durch eine separate elek
trische Steuereinrichtung vorgesteuert wird.
In weiterer Ausgestaltung vereinfacht sich das erfindungsgemäße Verfahren auch
dadurch, dass aus den Signalen einer zwischen Brennkraftmaschine und einem
Katalysator und/oder stromab des Katalysators angeordneten Lambda-/Sauerstoff-
Sonde die Vorsteuerung der Heiz-Modulation abgeleitet wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 4 mit 9 ange
geben.
Die Erfindung ist im folgenden beschrieben.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Gemischbildung für eine Brenn
kraftmaschine mit einem Katalysator im Abgassystem, bei dem eine einem zur
Sauerstoffspeicherung fähigen Katalysator zugeordnete Lambda-/Sauerstoff-Sonde
rückgekoppelt mit einer elektronischen Gemischbildungseinrichtung in mindestens
einem Brennraum der Brennkraftmaschine eine im wesentlichen periodische Brenn
raum-Lambda-Schwingung des jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Gemisches um stöchio
metrische Verhältnisse bewirkt.
Zur Weiterbildung dieses Verfahrens zum bedarfsweisen Heizen eines bei geringer
Last der Brennkraftmaschine knapp über der Anspringtemperatur betriebswarmen
Katalysators wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Brennraum-Lambda-
Schwingung durch eine gesonderte Vorsteuerung bezüglich Amplitude u./o. Fre
quenz u./o. Schwingungsform in Abhängigkeit von durchgesetzter Luftmasse und
dem Sauerstoff-Speicherungsvermögen des Katalysators einschließlich dessen
Sauerstoff-Ein- und Aus-Speicherungsverhalten derart moduliert wird, dass eine
gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für eine einem bedarfsweisen Heizen des
Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird.
Hierfür wird die gesonderte Heiz-Modulation der von der Gemischbildungseinrich
tung generierten Brennraum-Lambda-Schwingung durch eine separate elektrische
Steuereinrichtung vorgesteuert. Die Vorsteuerung der Heiz-Modulation wird aus den
Signalen einer zwischen Brennkraftmaschine und einem Katalysator und/oder
stromab des Katalysators angeordneten Lambda-/Sauerstoff-Sonde abgeleitet.
Zur Erzielung eines gesamthaft stöchiometrischen Abgases kennzeichnet sich das
Verfahren weiter dadurch, dass eine erste Lambda-/Sauerstoff-Sonde brennkraft
maschinennah und eine weitere Lambda-/Sauerstoff-Sonde stromab eines letzten
Katalysators angeordnet ist, deren Signale mit denen der ersten Sonde in der Ge
mischbildungseinrichtung bei für ein Heizen modulierter Brennraum-Lambda-
Schwingung korreliert werden für eine Abgasqualität von Lambda ca. 1,0, so dass
vorzugsweise eine Abgaszusammensetzung ~ = 1,0 nach dem fetzten Kat erzielt
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt bevorzugt zur Anwendung bei geringer
Last oder Null-Last der Brennkraftmaschine, wobei die Heizung vor einem betriebs
bedingten Unterschreiten eines Schwellwertes der Konvertierungsleistung des Ka
talysators zugeschaltet wird. Damit kann in vorteilhafter Weise ein Ausgehen des
Katalysators bei den vorgenannten Lastzuständen vermieden werden. Desweiteren
kann mit der zugeschalteten Heizung die Temperatur des Katalysators in eine hö
here Konvertierungsleistung verschoben werden.
Die Zuschaltung der Heizung bei den vorgenannten Lastzuständen kann vorzugs
weise dadurch ausgelöst werden, dass aus dem Gradientenverlauf einer be
triebsbedingten Abkühlung des Katalysators bei geringer Maschinenlast ein Abküh
lungsverlauf prognostiziert wird und mittels der Prognose die Heizung vorbestimmt
vor Unterschreiten des Schwellwertes der Konvertierungsleistung des Katalysators
zugeschaltet wird. Damit kann ein Absinken der Temperatur des Katalysators zu
nahe an seine Anspringtemperatur vorteilhaft vermieden werden und weiter in Ab
hängigkeit der Umgebungstemperatur rechtzeitig die Heizung zugeschaltet werden.
Weiter ist das erfindungsgemäße Verfahren so gestaltet, dass die Heiz-Modulation
der Brennraum-Lambda-Schwingung in Abhängigkeit eines Heizbedarfes
gesteuert/geregelt wird und somit ein dem jeweiligen Bedarf optimal angepasster
Kraftstoffverbrauch erzielt wird.
Hinsichtlich der Ausgestaltung eines Abgassystems der Brennkraftmaschine kann
das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend modifiziert werden, dass in einem
Abgasstrang mit mehreren Katalysatoren diese mit unterschiedlichen Sauerstoff-
Speicherverhalten gewählt werden. Vorzugsweise wird ein maschinennaher Kataly
sator mit einem langsamen Sauerstoff-Speicher-Verhalten und ein maschinenferner
Katalysator mit einem schnellen Sauerstoff-Speicher-Verhalten gewählt, wobei ge
gebenenfalls eine Brennraum-Lambda-Schwingung mit großer Amplitude generiert
wird und ferner magere Oberwellen und fette Unterwellen unterschiedlich geformt
sein können.
Mit dieser verfahrenstechnischen Maßnahme kann ein maschinennaher Katalysator
bezüglich der zusätzlichen Heizung wesentlich reduziert sein, während der maschi
nenferne Katalysator im Unterboden des Fahrzeuges verstärkt mit Sauerstoff ver
sorgt ist zum bedarfsweisen Heizen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur im wesentlichen dort
erzeugt wo sie benötigt wird, wie z. B. im Hauptkat für eine Desulfatierung. Die ein
gangs genannten Heizmaßnahmen können zusätzlich überlagert werden, z. B.
Zündwinkelmaßnahmen bis zum Anspringen eines Vorkat, dann zusätzlich Bank-
bzw. Zylindervertrimmung bis zum Anspringen des Hauptkatalysators, der an
schließend bei abgeschaltetem Heizen durch Vertrimmen bzw. R-Modulation nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren geheizt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist ein wirkungsgrad-optimales Heizverfahren und in vorteilhafter Weise
emissionsneutral.
Mit der Erfindung ergibt sich ferner der Vorteil einer Temperaturerhöhung auf z. B.
650°C zur Desulfatisierung eines NOx-Speicherkatalysators sowie eines Dreiwege-
Katalysators.
Claims (9)
1. Verfahren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Kata
lysator im Abgassystem,
bei dem eine einem zur Sauerstoffspeicherung fähigen Katalysator zugeord
nete Lambda-/Sauerstoff-Sonde rückgekoppelt mit einer elektronischen Ge
mischbildungseinrichtung in mindestens einem Brennraum der Brennkraft
maschine eine im wesentlichen periodische Brennraum-Lambda-Schwingung
des jeweiligen Luft-/Kraftstoff-Gemisches um stöchiometrische Verhältnisse
bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennraum-Lambda-Schwingung durch eine gesonderte Vorsteuerung bezüglich Amplitude u./o. Frequenz u./o. Schwingungsform in Abhängigkeit von durchgesetzter Luftmasse und dem Sauerstoft-Speicherungsvermögen des Katalysators einschließ lich dessen Sauerstoff-Ein- und Ausspeicherungsverhalten derart moduliert wird, dass
eine gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für eine einem bedarfs weisen Heizen des Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennraum-Lambda-Schwingung durch eine gesonderte Vorsteuerung bezüglich Amplitude u./o. Frequenz u./o. Schwingungsform in Abhängigkeit von durchgesetzter Luftmasse und dem Sauerstoft-Speicherungsvermögen des Katalysators einschließ lich dessen Sauerstoff-Ein- und Ausspeicherungsverhalten derart moduliert wird, dass
eine gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für eine einem bedarfs weisen Heizen des Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderte
Heiz-Modulation der von der Gemischbildungseinrichtung generierten Brenn
raum-Lambda-Schwingung durch eine separate elektronische Steuer
einrichtung vorgesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass aus den Signalen einer zwischen Brennkraftmaschine und
einem Katalysator und/oder stromab des Katalysators angeordneten
Lambda-/Sauerstoff-Sonde die Vorsteuerung der Heiz-Modulation
abgeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Lambda-/Sauerstoff-Sonde brennkraftmaschinennah und
dass eine weitere Lambda-/Sauerstoff-Sonde stromab eines letzten Katalysators angeordnet ist, deren
Signale mit denen der erste Sonde in der Gemischbildungseinrich tung bei für ein Heizen modulierter Brennraum-Lambda-Schwingung korreliert werden für eine Abgasqualität von Lambda ca. 1,0.
dass eine erste Lambda-/Sauerstoff-Sonde brennkraftmaschinennah und
dass eine weitere Lambda-/Sauerstoff-Sonde stromab eines letzten Katalysators angeordnet ist, deren
Signale mit denen der erste Sonde in der Gemischbildungseinrich tung bei für ein Heizen modulierter Brennraum-Lambda-Schwingung korreliert werden für eine Abgasqualität von Lambda ca. 1,0.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Heizung bei geringer Last der Brennkraftmaschine vor betriebsbedingtem
Unterschreiten eines Schwellwertes der Konvertierungsleistung des Kataly
sators zugeschaltet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass aus dem Gradientenverlauf einer betriebsbedingten Abkühlung des Katalysators bei geringer Maschinenlast ein Abkühlungsverlauf prognostiziert wird und
mittels der Prognose die Heizung vorbestimmt vor Unterschreiten des Schwellwertes der Konvertierungsleistung des Katalysators zuge schaltet wird.
dass aus dem Gradientenverlauf einer betriebsbedingten Abkühlung des Katalysators bei geringer Maschinenlast ein Abkühlungsverlauf prognostiziert wird und
mittels der Prognose die Heizung vorbestimmt vor Unterschreiten des Schwellwertes der Konvertierungsleistung des Katalysators zuge schaltet wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Heiz-Modulation der Brennraum-Lambda-Schwingung in Abhängigkeit eines
Heizbedarfes gesteuert/geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Abgasstrang mit mehreren Katalysatoren diese mit unter
schiedlichen Sauerstoff-Speicherverhalten gewählt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass ein maschinennaher Katalysator mit einem langsamen Sauer stoff-Speicherverhalten und
ein maschinenferner Katalysator mit einem schnellen Sauerstoff- Speicherverhalten gewählt wird, wobei
ggf. eine Brennraum-Lambda-Schwingung mit großer Amplitude ge neriert wird und
magere Oberwellen und fette Unterwellen unterschiedlich geformt sein können.
dass ein maschinennaher Katalysator mit einem langsamen Sauer stoff-Speicherverhalten und
ein maschinenferner Katalysator mit einem schnellen Sauerstoff- Speicherverhalten gewählt wird, wobei
ggf. eine Brennraum-Lambda-Schwingung mit großer Amplitude ge neriert wird und
magere Oberwellen und fette Unterwellen unterschiedlich geformt sein können.
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