DE10154974B4 - Method and device for switching an internal combustion engine from a fired operation to an unfired overrun operation - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Umschaltung einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem nachgeschalteten Katalysator (14, 16) von einem in einer Lastphase (τL) oder einer Schubphase (τS) durchgeführten gefeuerten Betrieb (BLF, BSF) in einen ungefeuerten Schubbetrieb (BSU) durch Unterbrechung einer Kraftstoffzufuhr, wobei während der Schubphase (τS) ein angefordertes Fahrwunschmoment kleiner oder gleich einem momentanen Schubmoment des Fahrzeuges ist, wobei zur Umschaltung von dem gefeuerten Betrieb (BLF, BSF) in den ungefeuerten Schubbetrieb (BSU) vor Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr eine Übergangsphase (PO) durchgeführt wird, wobei während der Übergangsphase (PO) ein während des vorausgegangenen gefeuerten Betriebs (BLF, BSF) vorliegender Zündwinkel (ZW) in Richtung „spät“ verstellt wird und/oder ein während des vorausgegangenen gefeuerten Betriebs (BLF, BSF) eingestellter Lambdasollwert (λ) in Richtung „mager“ verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenn eine Katalysatortemperatur (TK) mindestens eines Katalysators (14, 15) eine erste vorgebbare Temperaturschwelle (TSF) überschreitet, die Schubabschaltung nicht zugelassen und die Schubphase (τS) gefeuert betrieben wird (BSF);
- wenn die Katalysatortemperatur (TK) mindestens eines Katalysators (14, 15) eine zweite vorgebbare Temperaturschwelle (TPO), nicht aber die erste vorgebbare Temperaturschwelle (TSF) überschreitet, eine Umschaltung vom gefeuerten Lastbetrieb (BLF) in den ungefeuerten Schubbetrieb (BSU) unter Zwischenschaltung der Übergangsphase (PO) durchgeführt wird; und
- bei Katalysatortemperaturen (TK) der Katalysatoren (14, 15) unterhalb der zweiten Temperaturschwelle (TPO) weder die Übergangsphase (PO) noch der gefeuerte Schubbetrieb (BSF) zugelassen sind.
Method for switching over an internal combustion engine (10) of a motor vehicle with at least one downstream catalytic converter (14, 16) from a fired operation (BLF, BSF) carried out in a load phase (τ L ) or a coasting phase (τ S ) to an unfired thrust mode (BSU) ) by interrupting a fuel supply, wherein during the overrun phase (τ S ) a requested drive torque is less than or equal to a current thrust moment of the vehicle, wherein to switch from the fired operation (BLF, BSF) to the unspurged overrun mode (BSU) before interrupting the fuel supply a transition phase (PO) is performed, during the transition phase (PO) during the previous fired operation (BLF, BSF) present ignition angle (ZW) is adjusted in the direction of "late" and / or during the previous fired operation (BLF, BSF) set lambda setpoint (λ) in the direction of "lean" is shifted, thereby g ekennzeichnet that
- When a catalyst temperature (TK) of at least one catalyst (14, 15) exceeds a first predetermined temperature threshold (TSF), the fuel cut is not permitted and the overrun phase (τ S ) is operated fired (BSF);
- When the catalyst temperature (TK) of at least one catalyst (14, 15) exceeds a second predetermined temperature threshold (TPO), but not the first predetermined temperature threshold (TSF), a switch from the fired load operation (BLF) in the unfired overrun (BSU) below Interposition of the transition phase (PO) is performed; and
- At the catalyst temperatures (TK) of the catalysts (14, 15) below the second temperature threshold (TPO) neither the transition phase (PO) nor the fired overrun operation (BSF) are allowed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Umschaltung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges von einem gefeuerten Last- oder Schubbetrieb in einen ungefeuerten Schubbetrieb mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 beziehungsweise 23 genannten Merkmalen.The invention relates to a method and apparatus for switching an internal combustion engine of a motor vehicle from a fired load or overrun operation in an unfired overrun operation with the features mentioned in the preambles of the
Zur Nachbehandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen ist bekannt, das Abgas über mindestens einen Katalysator zu leiten, der eine Konvertierung einer oder mehrerer Schadstoffkomponenten des Abgases vornimmt. So genannte Oxidationskatalysatoren fördern die Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), während Reduktionskatalysatoren eine Reduzierung von Stickoxiden (NOX) des Abgases unterstützen. Ferner sind 3-Wege-Katalysatoren in der Lage, die Konvertierung dieser drei Komponenten (HC, CO, NOX) gleichzeitig zu katalysieren. Dabei kann ein quantitativer 3-wege-katalytischer Umsatz jedoch nur bei einem streng stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei λ = 1 erfolgen. In einem verbrauchsgünstigen Magerbetrieb, bei dem die Verbrennungskraftmaschine mit Sauerstoffüberschuss, das heißt mit λ > 1, gefahren wird, ist eine vollständige 3-wegekatalytische Umsetzung von NOx hingegen nicht möglich. Zur Abhilfe werden NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt, die neben einer katalytischen Komponente einen NOx-Speicher enthalten, der in den mageren Betriebsphasen NOx in Form von Nitrat speichert und in zwischengeschalteten fetten Regenerationsphasen bei λ < 1 wieder freisetzt und zu Stickstoff N2 reduziert. Häufig ist dem NOX-Speicherkatalysator noch ein Vorkatalysator, beispielsweise ein 3-Wege-Katalysator, vorgeschaltet.For the aftertreatment of exhaust gases of internal combustion engines, it is known to conduct the exhaust gas via at least one catalyst which carries out a conversion of one or more pollutant components of the exhaust gas. So-called oxidation catalysts promote the oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), while reduction catalysts support a reduction of nitrogen oxides (NO X ) of the exhaust gas. Furthermore, 3-way catalysts are able to simultaneously catalyze the conversion of these three components (HC, CO, NO X ). However, quantitative 3-way catalytic conversion can only take place at a strictly stoichiometric air / fuel ratio at λ = 1. In a low-consumption lean operation, in which the internal combustion engine with oxygen excess, that is, with λ> 1, driven, a complete 3-way catalytic conversion of NO x, however, is not possible. As a remedy NO x storage catalytic converters are used which, in addition to a catalytic component, contain an NO x storage which stores NO x in the form of nitrate in the lean operating phases and releases it again in intermediate fat regeneration phases at λ <1 and reduces it to nitrogen N 2 , Often the NO X storage catalyst is preceded by a precatalyst, for example a 3-way catalyst.
Verglichen mit reinen 3-Wege-Katalysatorsystemen sind NOX-Katalysatorsysteme verhältnismäßig temperaturempfindlich. So kann bereits bei stromauf des NOX-Speicherkatalysators vorliegenden Abgastemperaturen oberhalb von 800 °C eine irreversible Schädigung des Katalysatorsystems erfolgen, so dass die Katalysatoraktivität über die Fahrzeuglebensdauer deutlich abnimmt. Dies betrifft sowohl die NOX-Speicherung und -Regeneration während der mageren und fetten Betriebsintervalle als auch das HC-, CO- und NOX-Konvertierungsverhalten bei stöchiometrischer Beaufschlagung. Um das Überschreiten einer kritischen Temperaturgrenze zu vermeiden, sind Abgaskühlungsmaßnahmen zur Senkung der Abgastemperatur bekannt.Compared with pure 3-way catalyst systems, NO x catalyst systems are relatively temperature sensitive. As can take place above 800 ° C irreversible damage of the catalyst system is already at upstream of the NO x storage catalytic converter the present exhaust gas temperature so that the catalyst activity over the life of the vehicle decreases significantly. This applies to both NO x storage and regeneration during lean and rich service intervals as well as HC, CO and NO X conversion behavior at stoichiometric loading. In order to avoid the exceeding of a critical temperature limit, exhaust gas cooling measures for reducing the exhaust gas temperature are known.
Ein besonderes Problem hinsichtlich der Temperaturbelastung aller Katalysatorsysteme stellen im üblichen Fahrbetrieb unvermeidbare Schubphasen dar, die beispielsweise bei Verzögerungen des Fahrzeuges oder auf Gefällestrecken auftreten können. In der Schubphase ist ein vom Fahrer vorgegebenes Fahrwunschmoment kleiner oder gleich einem aus den Fahrwiderständen resultierenden (momentanen) Schubmoment des Fahrzeuges. In üblichen Systemen wird aus Gründen der Kraftstoffeinsparung während einer Schubphase die Kraftstoffzufuhr unterbrochen, die Verbrennungskraftmaschine somit nicht gefeuert betrieben (Schubabschaltung). Dabei gelangen aber hohe Sauerstoffkonzentrationen ins Abgas und an das Katalysatorsystem, welches zu Beginn der Schubphase, insbesondere nach einem Hoch- oder Volllastbetrieb, noch hohe Massen oxidierbarer Abgaskomponenten, insbesondere HC, enthält. Infolge der exothermen Konvertierungsreaktion dieser Komponenten mit dem Sauerstoff entstehen lokale Temperaturspitzen, welche zu einer verstärkten Oxidation und/oder Sinterung der katalytischen Edelmetallbeschichtungen führen und somit die katalytische Aktivität dauerhaft schädigen können (vgl.
Aus der älteren deutschen Patentanmeldung
Bekannt ist ferner, beim Übergang von einem gefeuerten in einen ungefeuerten Betrieb für wenige Arbeitsspiele (beispielsweise höchstens 10, insbesondere etwa 5) des Motors eine gegenüber dem gefeuerten Betrieb reduzierte Kraftstoffmenge einzuspritzen. Unter Arbeitsspiel wird hier ein einmaliges Durchlaufen der Zündfolge des Motors verstanden. Die während des gefeuerten Betriebs im Brennraum und gegebenenfalls im Saugrohr eingelagerten Kraftstoffmassen, die einen so genannten Wandfilm ausbilden, werden bei Drosselung des Motors durch Verdampfen abgetragen. Diese Massen reichen jedoch nicht aus, um ein zündfähiges Gemisch bereitzustellen; sie würden ohne weitere Kraftstoffzugabe daher unverbrannt das Katalysatorsystem beaufschlagen und dort eine zumindest lokale Temperaturerhöhung verursachen. Daher wird der Wandfilmabtrag modelliert und während des Abtrages eine Differenzmenge an Kraftstoff zur sicheren Zündung zugegeben. Diese Funktion ist üblicherweise in eine als „Dashpot“ bezeichnete Funktion integriert (Drosselklappen-Schließdämpfung).It is also known, in the transition from a fired to an unfired operation for a few working cycles (for example, at most 10, in particular about 5) of the engine to inject a reduced amount of fuel compared to the fired operation. Working cycle is understood here to be a single pass through the ignition sequence of the engine. The stored during the fired operation in the combustion chamber and optionally in the intake manifold fuel masses, which form a so-called wall film are removed by throttling the engine by evaporation. However, these compositions are insufficient to provide an ignitable mixture; they would therefore unburned apply the catalyst system without further fuel addition and cause there at least a local increase in temperature. Therefore, the Wandfilmabtrag is modeled and added during the Abtrag a difference in fuel for safe ignition. This function is usually integrated into a function called "dashpot" (throttle damper).
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein besonders katalysatorschonendes Verfahren zur Umschaltung einer Verbrennungskraftmaschine von einem gefeuerten Schub- oder Lastbetrieb in einen ungefeuerten Schubbetrieb zur Verfügung zu stellen, welches schädigende Temperaturspitzen weitgehend vermeidet und ohne signifikanter Änderung des Fahrverhaltens durchführbar ist. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.Object of the present invention is therefore to provide a particularly catalyst-friendly method for switching an internal combustion engine from a fired thrust or load operation in an unfired overrun operation available, which largely avoids harmful temperature peaks and without significant change in driving behavior is feasible. In addition, an apparatus for carrying out the method is to be provided.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 beziehungsweise 23 gelöst.This object is achieved by a method and devices having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zur Umschaltung von dem gefeuerten Betrieb in den ungefeuerten Schubbetrieb vor Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr eine Übergangsphase durchgeführt wird, wobei während der Übergangsphase ein während des vorausgegangenen gefeuerten Betriebs vorliegender Zündwinkel in Richtung „spät“ verstellt wird und/oder ein während des vorausgegangenen gefeuerten Betriebs eingestellter Lambdasollwert in Richtung „mager“ verschoben wird.The inventive method provides that for switching from the fired operation in the unfired overrun operation before interrupting the fuel supply, a transition phase is performed, during the transition phase during the previous fired operation present ignition angle in the direction of "late" is adjusted and / or during of the previous fired operation set lambda setpoint is shifted in the direction of "lean".
Kennzeichnend ist vorgesehen, dass
- - wenn eine Katalysatortemperatur mindestens eines Katalysators eine erste vorgebbare Temperaturschwelle überschreitet, die Schubabschaltung nicht zugelassen und die Schubphase gefeuert betrieben wird;
- - wenn die Katalysatortemperatur mindestens eines Katalysators eine zweite vorgebbare Temperaturschwelle, nicht aber die erste vorgebbare Temperaturschwelle überschreitet, eine Umschaltung vom gefeuerten Lastbetrieb in den ungefeuerten Schubbetrieb unter Zwischenschaltung der Übergangsphase durchgeführt wird; und
- - bei Katalysatortemperaturen der Katalysatoren unterhalb der zweiten Temperaturschwelle weder die Übergangsphase noch der gefeuerte Schubbetrieb zugelassen sind.
- if a catalyst temperature of at least one catalyst exceeds a first predefinable temperature threshold, the fuel cut-off is not permitted and the coasting phase is fired;
- - If the catalyst temperature of at least one catalyst exceeds a second predetermined temperature threshold, but not the first predetermined temperature threshold, a switchover from the fired load operation in the unfired overrun operation with the interposition of the transition phase is performed; and
- - At catalyst temperatures of the catalysts below the second temperature threshold neither the transition phase nor the fired overrun operation are allowed.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein beim Übergang von einem gefeuerten (Schub- oder Last-)Betrieb in einen ungefeuerten Schubbetrieb durchgeführt werden. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung beim Übergang von einem gefeuerten Schubbetrieb in einen ungefeuerten Schubbetrieb.The method according to the invention can generally be carried out during the transition from a fired (thrust or load) operation to an unfired overrun operation. In particular, the method finds application in the transition from a fired overrun mode to an unfired overrun mode.
Erfindungsgemäß setzt also die Schubabschaltung nicht schlagartig ein, sondern es wird eine Übergangsphase (oder ein „Phase Out“) durchgeführt, indem zwei Maßnahmen, nämlich Zündwinkelspätverstellung und „Ausmagerung“, alternativ oder bevorzugt in Kombination miteinander, ausgeführt werden. Die Übergangsphase umfasst mindestens zwanzig, vorzugsweise wenigstens fünfzig Arbeitsspiele und ist somit gegenüber dem eingangs erläuterten Verfahren zum Wandfilmabtrag deutlich verlängert.Thus, according to the invention, fuel cutoff does not start abruptly, but a transition phase (or a "phase out") is carried out by carrying out two measures, namely ignition retard and "leaning out", alternatively or preferably in combination with one another. The transition phase comprises at least twenty, preferably at least fifty, cycles of work and is thus significantly prolonged compared with the wall-film removal method explained in the introduction.
Durch die Zündwinkelspätverstellung wird ein Motorwirkungsgrad zunehmend verschlechtert und somit ein Momentenabbau während der Übergangsphase bewirkt. Auf diese Weise liegt zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr ein sehr später Zündwinkel und somit ein nur noch geringes Motordrehmoment der Verbrennungskraftmaschine vor, so dass die Schubabschaltung mit einem relativ geringen Momenteneinbruch einhergeht. Somit ist gegenüber bekannten Strategien zur Einleitung einer Schubabschaltung eine allenfalls geringe Auswirkung auf ein Fahrverhalten zu erwarten.Due to the Zündwinkelspätverstellung a motor efficiency is increasingly deteriorated, thus causing a torque reduction during the transition phase. In this way, at the time of interruption of the fuel supply is a very late firing angle and thus only a small engine torque of the internal combustion engine, so that the fuel cut is associated with a relatively small torque dip. Thus is to expect at best a slight effect on driving behavior compared to known strategies for initiating a fuel cut.
Die zweite erfindungsgemäße Übergangsmaßnahme besteht in der Lambdasollwertverschiebung während der Übergangsphase in Richtung „mager“. Diese „Ausmagerung“ kann zeitlich vor, während und/oder nach der Zündwinkelverstellung durchgeführt werden. Mit dieser Maßnahme wird eine nahezu schlagartige Flutung des Katalysatorsystems mit Sauerstoff bei Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr vermieden. Somit wird eine an den Katalysatoren befindliche Reduktionsmittelmasse, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, durch allmähliche Steigerung der beaufschlagenden Sauerstoffkonzentration kontrolliert zumindest weitgehend abreagiert. Dies ist bei der bekannten Dashpot-Funktion aufgrund der kurzen Zeitdauer und der nicht kontrolliert erfolgenden Lambdasollwertverschiebung nicht oder nur in einem sehr eingeschränkten Maß der Fall. Eine bei unvermittelter Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr sonst erfolgende extrem schnelle Verbrennung von HC mit entsprechend hohen lokalen Temperaturspitzen wird auf diese Weise verhindert. Die Umschaltung erfolgt daher besonders katalysatorschonend, insbesondere für einen möglichen Vorkatalysator.The second transitional measure according to the invention consists in the lambda desired value shift during the transition phase in the direction "lean". This "emaciation" can be carried out before, during and / or after the ignition angle adjustment. With this measure, an almost sudden flooding of the catalyst system with oxygen at interruption of the fuel supply is avoided. Thus, a reducing agent mass present on the catalysts, in particular of unburned hydrocarbons HC, is at least largely reacted off in a controlled manner by gradually increasing the oxygen concentration acting on it. This is not or only to a very limited extent with the known dashpot function due to the short duration of time and the uncontrolled lambda setpoint shift. An extremely rapid combustion of HC with correspondingly high local temperature peaks, which otherwise occurs when the fuel supply is interrupted immediately, is prevented in this way. The switchover is therefore particularly gentle on the catalyst, in particular for a possible pre-catalyst.
Grundsätzlich wird aus Verbrauchsgründen angestrebt, Schubphasen über möglichst weite Bereiche ungefeuert, das heißt mit unterbrochener Kraftstoffzufuhr (Schubabschaltung), zu betreiben. Die Schubschaltung wird daher vorzugsweise nur unterdrückt, die Schubphase also zumindest zeitweise gefeuert betrieben, wenn besonders hohe Katalysatortemperaturen und/oder keine starken Gefällestrecken vorliegen. In entsprechender Weise ist gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass die Umschaltung vom gefeuerten Schubbetrieb in den ungefeuerten Schubbetrieb in Abhängigkeit der Katalysatortemperatur erfolgt, insbesondere wenn die Temperatur mindestens eines der Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Katalysators eine erste vorgebbare Temperaturschwelle unterschreitet. In diesem Fall kann die Temperaturerhöhung des Katalysators, die durch die Sauerstoffbeaufschlagung bei Abschaltung der Kraftstoffzufuhr bewirkt wird, toleriert werden, da aufgrund des genügend ausgekühlten Katalysators eine schädigende, maximal zulässige Katalysatortemperatur nicht erreicht wird.Basically, it is desirable for fuel consumption reasons to operate overrun phases over as wide a range as possible, that is to say with interrupted fuel supply (overrun fuel cutoff). The thrust circuit is therefore preferably only suppressed, the thrust phase thus operated at least temporarily fired when particularly high catalyst temperatures and / or no strong downward slopes are present. Correspondingly, according to the present invention, it is preferably provided that the switchover from the fired overrun mode to the unfired overrun mode is effected as a function of the catalyst temperature, in particular if the temperature of at least one downstream of the internal combustion engine catalyst falls below a first predefinable temperature threshold. In this case, the temperature increase of the catalyst, which is caused by the oxygen supply at shutdown of the fuel supply, can be tolerated because due to the sufficiently cooled catalyst, a damaging, maximum allowable catalyst temperature is not reached.
Ebenfalls aus Gründen des Kraftstoffverbrauchs erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Umschaltung von einem gefeuerten Lastbetrieb in einen ungefeuerten Schubbetrieb nur dann mit der erfindungsgemäß zwischengeschalteten Übergangsphase, wenn die Katalysatortemperatur eine vorgebbare zweite Temperaturschwelle, die 20 bis 200 K, vorzugsweise 30 bis 70 K unterhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, überschreitet.Also for reasons of fuel consumption takes place in an advantageous embodiment of the invention, switching from a fired load operation in an unfired overrun operation only with the inventively intermediate transition phase, when the catalyst temperature a predetermined second temperature threshold, the 20 to 200 K, preferably 30 to 70 K below the first temperature threshold is exceeded.
Die Umschaltung von dem gefeuerten Schubbetrieb in den ungefeuerten Schubbetrieb kann ferner in Abhängigkeit eines Gefälles eines Fahrzeugweges erfolgen, insbesondere wenn ein vorgebbares kritisches Gefälle überschritten wird. Auf der anderen Seite kann vorteilhaft vorgesehen sein, aus einer gefeuerten Schub- oder Lastphase nur dann unter Zwischenschaltung der Übergangsphase umzuschalten, wenn das Gefälle ein vorgebbares Gefälle unterschreitet. Auf diese Weise wird ein im gefeuerten Schubbetrieb beziehungsweise in der Übergangsphase erzeugtes Nutzmoment unterdrückt, das sich andernfalls ungünstig hinsichtlich einer gewünschten Fahrzeugverzögerung beziehungsweise eines Bremsweges auswirken kann und zu gefährlichen Fahrsituationen führen kann. Wird in solchen Situationen - auch bei hohen Katalysatortemperaturen - die Schubabschaltung sofort oder spätestens nach Ablauf der Dashpot-Funktion zugelassen, werden Gefährdungen aufgrund unerwünschter Nutzmomente ausgeschlossen.The switchover from the fired overrun mode to the unfired overrun mode can also take place as a function of a gradient of a vehicle path, in particular if a predefinable critical gradient is exceeded. On the other hand, it can be advantageously provided to switch over from a fired thrust or load phase only with the interposition of the transition phase, when the gradient falls below a specifiable gradient. In this way, a useful torque generated in the fired overrun operation or in the transitional phase is suppressed, which may otherwise have an unfavorable effect with regard to a desired vehicle deceleration or a braking distance and can lead to dangerous driving situations. If, in such situations - even at high catalyst temperatures - the fuel cut is allowed immediately or at the latest after expiry of the dashpot function, hazards due to undesired useful moments are excluded.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird während des gefeuerten Schubbetriebs vor Beginn der Übergangsphase der Zündwinkel auf einen maximal späten Ansteuerwert angesteuert. Dieser wird so gewählt, dass unter annähernd stationären Bedingungen eine maximal zulässige Katalysatortemperatur des mindestens einen Katalysators, vorzugsweise aller Katalysatoren, nicht überschritten wird. Beispielsweise kann hier ein Zündwinkel von 18 °KWW vor dem oberen Zündpunkt (ZOT) bei einer Motordrehzahl von 6000 min-1 angesteuert werden. Diese Maßnahme bewirkt ein maximal niedriges, im gefeuerten Schubbetrieb erzeugtes Nutzmoment unter gleichzeitiger Gewährleistung unschädlicher Katalysatortemperaturen. Auf der anderen Seite folgt hieraus jedoch, dass bei der nachfolgend während der Übergangsphase durchgeführten Zündwinkelspätverstellung noch spätere Zündwinkel angesteuert werden, die unter stationären Bedingungen zu Katalysatortemperaturen führen würden, bei denen mit signifikanten Katalysatorschädigungen zu rechnen wäre. Daher sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine Dauer der Übergangsphase verhältnismäßig kurz gewählt wird, nämlich mindestens 0,5 s und höchstens 5 s beträgt, insbesondere 1 bis 3,5 s, vorzugsweise etwa 2 s. Dabei wird vorteilhaft die Dauer der Übergangsphase in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer gemessenen oder modellierten Abgastemperatur und/oder einer gemessenen oder modellierten Katalysatortemperatur festgelegt. Unter diesen Bedingungen können extrem späte Zündwinkel, beispielsweise 10 °KWW vor ZOT bei einer Motordrehzahl von 6000 min-1, im Laufe der Übergangsphase ohne signifikante Katalysatorschädigung erreicht werden.According to an advantageous embodiment of the method, the ignition angle is controlled to a maximum late control value during the fired overrun operation before the beginning of the transition phase. This is chosen so that under approximately stationary conditions, a maximum allowable catalyst temperature of the at least one catalyst, preferably of all catalysts, is not exceeded. For example, here an ignition angle of 18 ° KWW can be controlled before the upper ignition point (ZOT) at an engine speed of 6000 min -1 . This measure causes a maximum low, generated in the fired overrun useful torque while ensuring harmless catalyst temperatures. On the other hand, it follows, however, that in the subsequently carried out during the transition phase Zündwinkelspätverstellung even later firing angles are driven, which would lead to steady-state catalyst temperatures, which would be expected to significant catalyst damage. Therefore, a further embodiment of the invention provides that a duration of the transition phase is chosen to be relatively short, namely at least 0.5 s and at most 5 s, in particular 1 to 3.5 s, preferably about 2 s. In this case, advantageously, the duration of the transition phase is defined as a function of an engine speed of the internal combustion engine and / or a measured or modeled exhaust gas temperature and / or a measured or modeled catalyst temperature. Under these conditions, extremely late firing angles, for example, 10 ° KWW before ZOT at an engine speed of 6000 min -1 , can be achieved during the transition phase without significant catalyst damage.
Die Verstellung des Zündwinkels während der Übergangsphase kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Im letzten Fall hat sich eine vorgebbare Verstellgeschwindigkeit von 1 bis 20° Kurbelwellenwinkel pro Sekunde, vorzugsweise von etwa 5° KWW/s, als besonders vorteilhaft in Hinblick auf einen möglichst ruhigen Momentenübergang erwiesen. Nach Durchführung der Zündwinkelverstellung kann ein am Ende der Übergangsphase vorliegender spätester Zündwinkel noch für maximal zwei Sekunden gehalten werden, ehe die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.The adjustment of the ignition angle during the transition phase can be gradual or continuous. In the latter case, a specifiable adjustment speed of 1 to 20 ° crankshaft angle per second, preferably of about 5 ° KWW / s, has proven to be particularly advantageous in terms of a smooth transition as possible. After performing the Zündwinkelverstellung present at the end of the transition phase latest ignition angle can be held for a maximum of two seconds before the fuel supply is interrupted.
Wegen der Kürze der Einwirkdauer eines am Ende der Lambdasollwertverschiebung während der Übergangsphase vorliegenden Lambdaendwertes kann im Zuge der „Ausmagerung“ eine Sauerstoffrohemission der Verbrennungskraftmaschine von 1 Vol.-% überschritten werden, welche bei einer Dauerbeaufschlagung bereits kritisch für das Katalysatorsystem wäre. Vorzugsweise erfolgt die Ausmagerung bis zu einem Endwert des Lambdasollwertes von mindestens 0,97 und höchstens 1,08, wobei der Endwert bevorzugt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der Katalysatortemperatur des mindestens einen Katalysators und/oder einer lambdabezogenen Abgaszusammensetzung hinsichtlich einer Rohemission von O2, HC und CO festgelegt wird.Because of the short duration of the exposure time of a lambda end value present at the end of the lambda desired value shift during the transition phase, in the course of the "leaning out" an oxygen raw emission of the internal combustion engine of 1% by volume can be exceeded, which would already be critical for the catalyst system in the case of continuous loading. Preferably, the emptying takes place up to a final value of the desired lambda value of at least 0.97 and at most 1.08, the final value preferably in dependence on the engine speed, the catalyst temperature of the at least one catalyst and / or a lambdaabased exhaust gas composition with respect to a raw emission of O 2 , HC and CO is set.
Ferner hat sich die Durchführung der Verschiebung des Lambdasollwertes mit einer Ausmagerungsgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,3 s-1, insbesondere von etwa 0,1 s-1, als vorteilhaft erwiesen. Die Ausmagerungsgeschwindigkeit wird bevorzugt in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom, der Katalysatortemperatur des mindestens einen Katalysators und/oder der lambdabezogenen Abgaszusammensetzung festgelegt.Furthermore, the implementation of the shift of the Lambda setpoint with a Ausmagerungsgeschwindigkeit of 0.01 to 0.3 s -1 , in particular of about 0.1 s -1 , has proven to be advantageous. The Ausmagerungsgeschwindigkeit is preferably determined depending on an exhaust gas mass flow, the catalyst temperature of the at least one catalyst and / or the lambdaabezogenen exhaust gas composition.
Die Lambdasollwertvorgabe während des gefeuerten Schubbetriebes vor der Übergangsphase kann nach verschiedenen Strategien erfolgen, die beispielsweise in der erwähnten früheren Patentanmeldung
Ferner kann besonders vorteilhaft eine in Nicht-Schubphasen (Vortriebsphasen) vorgegebene zulässige Maximaltemperatur für die Katalysatoren um 5 bis 100 K, insbesondere um 10 bis 50 K, vorzugsweise um 20 bis 30 K, angehoben werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Diese Maximaltemperaturanhebung kann toleriert werden, weil durch die erfindungsgemäße Steuerung der Schubphase das Auftreten schubabschaltungsbedingter Temperaturspitzen in den Katalysatoren in sicherer Weise zumindest weitgehend unterbunden wird.Furthermore, it is particularly advantageous to raise a permissible maximum temperature for the catalysts given by non-shear phases (advancing phases) by 5 to 100 K, in particular by 10 to 50 K, preferably by 20 to 30 K, thereby reducing fuel consumption. This maximum temperature increase can be tolerated because, due to the inventive control of the overrun phase, the occurrence of stoppage-related temperature peaks in the catalysts is reliably prevented, at least to a large extent.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gelöst, die durch Mittel gekennzeichnet ist, welche eingerichtet sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The object according to the invention is furthermore achieved by a device which is characterized by means which are set up to carry out the method according to the invention.
Die Mittel umfassen insbesondere einen Algorithmus zur Durchführung der Verfahrensschritte in digitaler Form, der in einer Steuereinheit, vorzugsweise in einem vorhandenen Motorsteuergerät, hinterlegt ist.In particular, the means comprise an algorithm for carrying out the method steps in digital form, which is stored in a control unit, preferably in an existing engine control unit.
Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass der oder die verwendete/n Katalysator/en in Abgasanlagen direkteinspritzender schichtladefähiger Ottomotoren, die in im Neuen Europäischen Fahrzyklus NEFZ betriebenen Fahrzeugen im thermisch ungeschädigten Zustand für mindestens 250 s im Schichtlademodus betrieben werden und weniger als 0,07 g/km HC-Emission und weniger als 0,05 g/km NOX-Emission aufweisen, einen Edelmetallgehalt der Edelmetalle Platin, Palladium und/oder Rhodium von maximal 3,74 g/l Katalysatorvolumen (entsprechend 104 g/ft3), insbesondere von höchstens 2,87 g/l (80 g/ft3) aufweisen. Dies bedeutet eine Absenkung des Edelmetallgehaltes um mindestens 20 % gegenüber gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Katalysatoren, die üblicherweise einen Edelmetallgehalt von etwa 4,67 g/l (130 g/ft3) aufweisen. Diese kostengünstige Edelmetallbeladung der Katalysatoren ist deshalb möglich, weil durch die erfindungsgemäß optimierte Schubabschaltung eine Katalysatoralterung gegenüber herkömmlichen Verfahren verzögert wird und die sonst übliche Alterung nicht durch entsprechend hohe Edelmetallanteil kompensiert werden muss.It is further preferred that the catalyst (s) used in exhaust systems of direct injection stratified gasoline engines operated in the non-thermally-damaged state of the New European Driving Cycle NEDC be operated for at least 250 seconds in stratified mode and less than 0.07 g / km HC emission and less than 0.05 g / km NO x emission, a noble metal content of the noble metals platinum, palladium and / or rhodium of a maximum of 3.74 g / l catalyst volume (corresponding to 104 g / ft 3 ), in particular of not more than 2.87 g / l (80 g / ft 3 ). This means a decrease in precious metal content of at least 20% over prior art catalysts, which typically have a precious metal content of about 4.67 g / l (130 g / ft 3 ). This cost-effective precious metal loading of the catalysts is possible because the inventively optimized overrun cutoff catalyst aging is delayed compared to conventional methods and the usual aging does not have to be compensated by a correspondingly high proportion of noble metal.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch einen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine mit nachgeschaltetem Abgastrakt; -
2 zeitliche Verläufe eines Lambdasollwertes, einer Katalysatortemperatur eines Vor- und eines Hauptkatalysators, eines Zündwinkels sowie einer Sauerstoffrohemission einer Verbrennungskraftmaschine bei einer Schubphase mit Schubabschaltung gemäß Stand der Technik; -
3 zeitliche Verläufe der Größen gemäß2 nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß optimierten Schubphasensteuerung; und -
4 schematisch die erfindungsgemäße Strategie zur Umschaltung eines gefeuerten Betriebs in einen ungefeuerten Schubbetrieb in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur.
-
1 schematically a structure of an internal combustion engine with downstream exhaust tract; -
2 time profiles of a Lambda setpoint, a catalyst temperature of a pilot and a main catalyst, an ignition angle and a raw oxygen emission of an internal combustion engine at a coasting phase with fuel cut in accordance with the prior art; -
3 Timing of the quantities according to2 according to an advantageous embodiment of the inventively optimized overrun phase control; and -
4 schematically the inventive strategy for switching a fired operation in an unfired overrun operation as a function of the catalyst temperature.
Zur Reinigung eines von der Verbrennungskraftmaschine
Die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (des Lambdasollwertes) der Verbrennungskraftmaschine
Die von den Sensoren
Zunächst verdeutlicht
Zu einem durch die vertikale Doppellinie in
Um das Auftreten von Temperaturspitzen in Schubphasen wirkungsvoll zu unterdrücken, wird erfindungsgemäß die Schubabschaltung in Schubphasen unter bestimmten Voraussetzungen, insbesondere bei hohen Katalysatortemperaturen
Gleichzeitig wird die Verbrennungskraftmaschine
Infolge der in der Schubphase
Würde an dieser Stelle die Kraftstoffzufuhr unvermittelt ausgesetzt, käme es zu einem zwar geringen aber für den Fahrer möglicherweise dennoch spürbaren Momenteneinbruch durch den abrupten Wegfall des in der gefeuerten Schubphase
Um diese Nachteile zu überwinden, wird erfindungsgemäß vor der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr eine Übergangsphase
Ferner wird während der Übergangsphase
Der Effekt des heftigen Abbrennens des in den Katalysatoren
Die Gesamtstrategie verdeutlicht abschließend
Überschreitet die Katalysatortemperatur
Überschreitet die Katalysatortemperatur
Mit diesem Maßnahmenpaket kann ein optimaler Katalysatorschutz bei geringst möglichen Nachteilen hinsichtlich Verbrauch und Fahrverhalten erzielt werden.With this package of measures, an optimal catalyst protection can be achieved with the least possible disadvantages in terms of consumption and handling.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Abgaskanalexhaust duct
- 1414
- Vorkatalysatorprecatalyzer
- 1616
- Hauptkatalysator / NOX-SpeicherkatalysatorMain catalyst / NO X storage catalyst
- 1818
- Lambdasondelambda probe
- 2020
- NOX-SensorNO x sensor
- 2222
- Temperatursensortemperature sensor
- 2424
- Motorsteuergerät Engine control unit
- λλ
- Lambdasollwert (Luft-Kraftstoff-Verhältnis)Lambda setpoint (air-fuel ratio)
- τL τ L
- LastphaseLast phase
- τS τ S
- Schubphaseoverrun phase
- BLFBLF
- gefeuerter Lastbetriebfired load operation
- BSFBSF
- gefeuerter Schubbetrieb (Schubabschaltung)fired overrun operation (fuel cutoff)
- BSUBSU
- ungefeuerter Schubbetriebunfired overrun operation
- KWWKWW
- Kurbelwellenwinkelcrankshaft angle
- O2-REO 2 -RE
- SauerstoffrohemissionOxygen raw emission
- POPO
- Übergangsphase (Phase Out)Transition phase (phase out)
- tt
- ZeitTime
- TSFTSF
- Temperaturschwelle zur Anforderung des gefeuerten SchubbetriebsTemperature threshold for the request of the fired overrun operation
- TKTK
- Katalysatortemperaturcatalyst temperature
- TKH TK H
- Katalysatortemperatur NOX-SpeicherkatalysatorCatalyst temperature NO X storage catalyst
- TKV TK V
- Katalysatortemperatur VorkatalysatorCatalyst temperature precatalyst
- TPOTPO
- Temperaturschwelle zur Zulassung der ÜbergangsphaseTemperature threshold for approval of the transition phase
- ZWZW
- Zündwinkelfiring angle
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