DE10160529C1 - Verfahren zum Steuern von emissionsrelevanten Komponenten in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Steuern von emissionsrelevanten Komponenten in einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern von emissionsrelevanten Komponenten (11) eines mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges ist eine Heizeinrichtung (18) zum Aufheizen der Komponente (11) auf ihre Betriebstemperatur vorgesehen. Eine Steuerungseinrichtung (10) steuert die Heizeinrichtung (18) an, wobei als Auslösekriterium für das Aktivieren der Heizeinrichtung (18) das Treten eines zur Steuerung von bestimmten Funktionen des Kraftfahrzeuges dienenden Pedals (14) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von emissi­ onsrelevanten Komponenten eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Im Hinblick auf eine zunehmende Verschärfung der Emissions­ grenzwerte liegt der Schwerpunkt einer Optimierung des Emis­ sionsverhaltens eines mit einer Brennkraftmaschine angetrie­ benen Kraftfahrzeuges nicht allein auf einer effektiven Ab­ gasnachbehandlung, sondern zunehmend auch auf der Senkung der von der Brennkraftmaschine imitierten Rohemissionen. Dies ist insbesondere während des Kaltstarts und des Warmlaufs der Brennkraftmaschine von Bedeutung, da die Emissionen in den ersten Sekunden nach dem Starten der Brennkraftmaschine einen maßgeblichen Anteil an den Gesamtemissionen darstellen.
Die zur Abgasnachbehandlung eingesetzten Komponenten wie bei­ spielsweise Gassensoren wie Lambdasensor oder NOx-Sensor und elektrisch beheizbare Katalysatoren oder zusätzliche Brenner, die stromaufwärts des Katalysators angeordnet sind, entfalten ihre volle Wirksamkeit jedoch nur, wenn sie eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht haben.
Zur Verbesserung der chemischen Aufbereitung und damit zur Senkung der von der Brennkraftmaschine imitierten Rohemissio­ nen ist es bekannt, elektrische Saugrohrheizungen und elekt­ risch beheizbare Injektoren (Einspritzventile) zu verwenden. Auch diese Komponenten benötigen eine bestimmte Betriebstem­ peratur, um betriebsbereit und damit wirksam zu sein. Jede Heizstrategie setzt die verfügbare Heizenergie (z. B. Ladezu­ stand der Batterie des Fahrzeuges) und die nahezu sichere In­ formation des Heizbedarfs voraus.
Aus der DE 42 25 274 A1 ist eine Vorrichtung zur Abgasentgif­ tung von Brennkraftmaschinen bekannt, die einen Katalysator aufweist. Dieser Katalysator ist bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine vorheizbar. Dabei wird vorgeschlagen, die Vorheizung über zumindest einen beim Einsteigen der Bedie­ nungsperson ansprechenden Schalter zu steuern. Der Schalter kann dabei am Türschloss der Fahrertür des Kraftfahrzeuges und/oder Türöffnungstakt (der die Innenbeleuchtung steuert) und/oder ein Sitzkontaktschalter am Fahrersitz sein. Dement­ sprechend wird beim Einsteigen der Bedienungsperson automa­ tisch oder auch willkürlich die Vorheizung des Katalysators begonnen, noch ehe der Zündschlüssel in das Zündschloss des Kraftfahrzeuges eingesteckt ist.
In der DE 41 14 642 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraft­ maschine eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei in der Startphase eine sekundäre Beheizung des Katalysators noch vor dem Start eingeschaltet wird. Die sekundäre Beheizung wird dabei selbsttätig eingeschaltet durch Öffnen der Fahrertür, Öffnungsbetätigung der Türverriegelung, Belegen des Fahrer­ sitzes, Öffnen einer Garagentür oder dergleichen Vorberei­ tungsmaßnahmen für den Start. Die sekundäre, vor dem Start eingeschaltete Beheizung wird wieder abgeschaltet wenn nicht innerhalb einer vorbestimmten Abschaltzeit nach Einschaltung der Start der Maschine erfolgt.
Die DE 38 35 939 C2 beschreibt eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine in Fahrzeugen, mit einem einer katalytisch wirksame Beschichtung zur Behandlung der Abgase aufweisenden Katalysator. Zusätzlich ist eine einschaltbare Einrichtung zur Aufheizung des Katalysators und eine Vorrichtung zur Zu­ fuhr von Kraftstoff für diese Einrichtung und ein Luftkom­ pressor zur Förderung von Trägerluft in diese Einrichtung vorgesehen. Eine verbesserte Gesamtwirksamkeit des Katalysa­ tors wird dadurch erreicht, dass das den Katalysator enthal­ tende Gehäuse mit einem zweiten Gehäuse verbunden ist, wel­ ches aus einem die Vorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff ent­ haltenden Innengehäuse, welches von der Trägerluft beauf­ schlagt ist, so wie einem Außengehäuse, welches über eine Frischluftleitung mit einem Gebläse verbunden ist, besteht. Der Katalysator kann somit schon vor dem Kaltstart der Brenn­ kraftmaschine auf eine auf einem guten Umsetzungsgrad erfor­ derliche Mindestbetriebstemperatur gebracht werden. Dabei kann die dazu erforderliche Aufheizeinrichtung in ähnlicher Weise wie eine Glühkerze bei einem Dieselmotor unmittelbar vor dem Anlassen der Brennkraftmaschine etwa durch Betätigung des Zündschlüssels in eine besondere, die Katalysatorvorhei­ zung bewirkende Stellung eingeschaltet werden.
In JP 09-088567 A ist eine Abgassteuerungsvorrichtung für ei­ ne Brennkraftmaschine beschrieben, die zwei in Serie geschal­ tete Abgaskatalysatoren aufweist. Ein motornah angeordneter Katalysator weist mehrere Sektionen auf und ist elektrisch beheizbar. In Abhängigkeit von verschiedenen Sensorsignalen wie Kühlmitteltemperatur, Drosselklappenöffnungssensor und Temperaturen stromaufwärts des motornahen Katalysators wird die elektrische Leistung zum Beheizen des Katalysators einge­ stellt.
Bekannte Heizstrategien beginnen zum Zeitpunkt der Motordreh­ zahlerkennung oder jenseits eines höheren Drehzahlschwellen­ wertes. Heizstrategien, die an die Information "Zündung an" gekoppelt sind, verkürzen die Dauer bis zur Betriebsbereit­ schaft ab dem Zeitpunkt "Motor dreht". Diese und andere Stra­ tegien wie Fahrersitzbelegung, Türöffnerbetätigung etc. haben neben oftmals sehr hohem Aufwand einen wesentlichen Nachteil. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Brennkraftmaschine in kurzer Zeit gestartet wird ist zwar groß, jedoch kann es im Einzel­ fall Stunden dauern bis die Brennkraftmaschine gestartet wird. Bei entsprechenden Heizleistungen muss ein entsprechend großer Energiespeicher vorgehalten werden, der im ungünstigs­ ten Fall trotzdem nicht ausreicht. Eine Absenkung der Heiz­ leistung löst das grundsätzliche Problem nicht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zum Steuern von emissionsrelevanten Komponenten eines Fahrzeuges anzugeben, das zu einer rascheren Betriebsbereit­ schaft dieser Komponenten führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren integriert teils bestehende, teils einzuführende Handlungsabläufe im Fahrzeugstartablauf und erlaubt es zu einem früheren Zeitpunkt mit der Aufheizung zu beginnen bei gleichzeitiger Sicherheit, dass die Brenn­ kraftmaschine auch wirklich in kürzester Zeit gestartet wird. Sollten die Handlungsabläufe nicht zum Fahrzeugstart führen, ist die in diesem Zeitraum eingesetzte Heizenergie minimal. Bei den oben erwähnten Handlungsabläufen handelt es sich um das Treten des Bremspedales oder des Kupplungspedales. Dabei werden folgende Kausalitäten genutzt: Ein längeres Drücken des Bremspedals bzw. des Kupplungspedals im Stillstand des Fahrzeuges wird als unangenehm empfunden, somit ist ein län­ geres Treten der Pedale unwahrscheinlich. Der Fahrer muss zum Starten zunächst auf die Bremse und/oder Kupplung treten. Dieser Vorgang ist schon heute bei zahlreichen Fahrzeugen zwingend (z. B. Automatikfahrzeugen) um ein vom Fahrer nicht beabsichtigtes Wegrollen oder Gasgeben oder Anfahren zu ver­ hindern. Wird nun dieser Handlungsablauf, der zum Schutze der Insassen und Sachwerte dient, gefordert, kann das Treten des Pedals unter folgenden Randbedingungen zum Heizstart verwen­ det werden:
  • a) Die Pedalposition verändert sich
  • b) Das Pedal hat einen Bezugspunkt überschritten.
Dabei können auch alle Sekundärgrößen alternativ dazu genutzt werden, wie z. B. Bremsdruck, Seilzugposition, Bremsleuchten­ signal etc. Bewegt sich das Pedal in Richtung der für den Start notwendigen Position kann sofort mit dem Heizvorgang begonnen werden. Bewegt sich das Pedal eindeutig von der End­ position weg, wird der Heizvorgang abgebrochen. Eine für den durchschnittlichen Fahrer typische Ablaufzeit vom Pedal tre­ ten bis zum Zündschlüssel auf Position, Motor anlassen, kann als minimale Vorheizdauer vorgegeben werden. Ein schnellerer Start ist dann nicht möglich, es wird jedoch eine minimale Vorheizdauer sichergestellt, die der Fahrer in der Regel nicht bemerkt (ein typischer Wert ist zwei Sekunden).
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Da­ bei zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild ist mit dem Bezugszeichen 10 eine an sich bekannte Steuerungseinrichtung zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine bezeichnet. Ei­ ne emissionsrelevante Komponente der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeuges ist mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Dabei kann es sich um einen Sauerstoffsensor (Lambdasensor), einen elektrisch beheizbaren Katalysator, einen Brenner, eine Saug­ rohrheizung oder ein beheiztes Einspritzventil handeln. Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung 10 auch mit mehreren solchen Komponenten verbunden sein. Ein Energiespeicher 12 liefert die zur Beheizung der Komponente 11 nötige Energie an eine Heizeinrichtung 18. Als Energiespeicher kann die ohnehin im Fahrzeug vorhandene Fahrzeugbatterie, eine separate Batte­ rie, ein Kondensator oder ein beliebiger elektrischer Ener­ giespeicher dienen. Die Steuerungseinrichtung 10 ist weiters mit einem Zünd-Startschalter 13 verbunden, der bei Stellung II den Anlasser des Fahrzeuges betätigt. Mit dem Bezugszei­ chen 14 ist ein Pedal bezeichnet, dem ein die Auslenkung des Pedals erfassender Pedalsensor 15 zugeordnet ist. Dieser gibt einen, dem Auslenkwinkel α entsprechenden Wert an die Steue­ rungseinrichtung 10 ab. Als Pedal 14 wird vorzugsweise das Bremspedal verwendet, da der Fahrer bei zahlreichen Fahrzeu­ gen (Automatikgetriebe) zum Starten des Fahrzeuges ohnehin das Bremspedal drücken muss. Es ist aber auch möglich, insbe­ sondere bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe das Treten des Kupplungspedals als Bedingung zum Auslösen des Heizvorganges für die Komponente heranzuziehen. Die Steuerungseinrichtung 10 weist einen Zeitzähler 19 (Timer) auf und mit einer Spei­ chereinrichtung 17 verbunden, in der mehrere Kennfelder KFi und Schwellenwerte SWi abgelegt sind, deren Bedeutung noch näher erläutert wird.
Anhand des Ablaufdiagrammes nach Fig. 2 wird deutlich, wie das Durchtreten des Bremspedals zur schnellen Aufheizung ei­ ner emissionsrelevanten Komponente ausgenutzt werden kann.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt eine Initiali­ sierung, dahingehend, dass ein Zeitzähler für eine Heizzeit t_H zurückgesetzt, d. h. auf den Wert Null gesetzt wird.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S2 überprüft, ob die Temperatur T_K der zu heizenden Komponente 11 oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes T_K_SW liegt. Die Tempera­ tur T_K der Komponente 11 wird dabei vorzugsweise mittels ei­ nes, der Komponente 11 zugeordneten Temperatursensors 16 er­ mittelt. Es ist aber auch möglich, diese Temperatur indirekt beispielsweise mittels einer Modellbildung aus anderen Be­ triebsparametern und Größen zu erhalten. Der Schwellenwert T_K_SW hängt von der Art der zu heizenden Komponente 11 ab und ist entweder vom Hersteller der Komponente 11 spezifi­ ziert oder er wird experimentell ermittelt.
Im Verfahrensschritt S3 wird überprüft, ob die Bremskraft F_B einen vorgegebenen Schwellenwert F_B_SW überschreitet. Hier­ durch wird sichergestellt, dass nicht schon bei einem leich­ ten, insbesondere zufälligem Berühren des Pedals ein Heizvor­ gang ausgelöst wird, obwohl der Fahrer das Fahrzeug gar nicht starten will. Der Schwellenwert F_B_SW wird derart festge­ legt, dass das Fahrzeug mit Sicherheit keine Rollbewegung, auch bei abschüssiger Fahrbahn durchführen kann. Liegt die Bremskraft F_B unterhalb des Schwellenwertes F_B_SW, so wird zum Verfahrensschritt S2 zurückgesprungen, andernfalls wird in einem Verfahrensschritt S4 festgestellt, dass die Start­ freigabe erfolgen kann.
Obwohl die Bedingungen für die Startfreigabe erfüllt sind (Betriebstemperatur der Komponente ist erreicht, Treten des Pedals mit einer bestimmten Kraft erfolgt), kann es sein, dass der Fahrer keinen Startvorgang einleiten will. Deshalb wird in einem Verfahrensschritt S5 abgefragt, ob ein Start­ wunsch des Fahrers vorliegt. Hierzu kann beispielsweise das Drehen des Zündschlüssels im Zünd-Startschalter 13 in die Po­ sition II (Bestromen des Anlassers der Brennkraftmaschine) o­ der das Drücken eines Starterknopfes herangezogen werden. Liegt ein Startwunsch vor, so wird der Anlasser freigegeben und die Brennkraftmaschine kann gestartet werden, andernfalls wird zum Verfahrensschritt S2 zurückgesprungen.
Ergibt die Abfrage in Verfahrensschritt S2, dass die Kompo­ nente 11 die Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, also ihre aktuelle Temperatur T_K noch unterhalb des Schwellenwer­ tes T_K_SW liegt, so wird in einem Verfahrensschritt S7 fest­ gestellt, dass keine Startfreigabe erfolgen kann. Anschlie­ ßend wird in einem Verfahrensschritt S8 das Signal des Pedal­ sensors 15 ausgewertet. Liegt der Pedalwinkel α oberhalb ei­ nes vorgegebenen Schwellenwertes α_SW, so erfolgt keine Ak­ tivierung der Heizeinrichtung der Komponente 11 oder ein ge­ rade laufender Heizvorgang wird abgebrochen (Verfahrens­ schritt S11) und zum Verfahrensschritt S1 verzweigt. Der Pe­ dalwinkel α = 0 entspricht dabei einem voll durchgetretenem Pedal. Je kleiner der Pedalwinkel α, desto stärker wird auf das Pedal getreten. Anstelle des Pedalwinkels α können auch Sekundärgrößen, die in einem funktionalem Zusammenhang mit dem Treten des Pedals stehen, ausgewertet werden, insbesonde­ re der Bremsdruck, eine Seilzugposition oder das Bremsleuch­ tensignal.
Erst wenn das Pedal stärker durchgetreten wird und der Pedal­ winkel α den Schwellenwert α_SW unterschreitet, erfolgt im Verfahrensschritt S9 eine Aktivierung der Heizeinrichtung der Komponente 11. Der Zeitzähler für die Heizzeit t_H wird ge­ startet. Ist die Zeitdauer t_H seit Aktivieren der Heizein­ richtung größer als eine für die zu beheizende Komponente 11 benötigte Mindestheizzeit t_min, so wird zum Verfahrens­ schritt S3, andernfalls zum Verfahrensschritt S1 verzweigt.
Der Wert für die Mindestheizzeit t_min ist abhängig von der Kapazität des Energiespeichers 12 und weiteren Betriebspara­ metern, die beispielsweise Umgebungsbedingungen wie Tempera­ tur berücksichtigen in einem Kennfeld KF der Speichereinrich­ tung 17 abgelegt, ebenso wie die erwähnten Schwellenwerte.

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern von emissionsrelevanten Komponenten (11) eines mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges mit
einer der Komponente (11) zugeordneten Heizeinrichtung (18) zum Aufheizen der Komponente (11) auf ihre Betriebs­ temperatur,
einer Steuerungseinrichtung (10) zum Steuern der Heizein­ richtung (18),
einem Pedal (14) zur Steuerung von bestimmten Funktionen des Kraftfahrzeuges
dadurch gekennzeichnet, dass
das Treten des Pedals (14) als Auslösekriterium für das Aktivieren der Heizeinrichtung (18) der Komponente (11) herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die aktuelle Temperatur (T_K) der Komponente (11) erfasst und mit einem vorgegebenen Schwellenwert (T_K_SW) vergli­ chen wird,
bei einer Temperatur (T_K) unterhalb des Schwellenwertes (T_K_SW) der Auslenkwinkel (α) des Pedals (14) erfasst wird und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellen­ wertes (α_SW) die Heizeinrichtung (18) aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die aktuelle Temperatur (T_K) der Komponente (11) erfasst und mit einem vorgegebenen Schwellenwert (T_K_SW) vergli­ chen wird,
bei einer Temperatur (T_K) unterhalb des Schwellenwertes (T_K_SW) der Auslenkwinkel (α) des Pedals (14) erfasst wird und die Heizeinrichtung (18) nicht aktiviert oder falls sie bereits aktiviert ist, abgeschaltet wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert (α_SW) nicht unterschritten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Zeitpunkt der Aktivierung der Heizeinrichtung (18) ein Zeitzähler (19) gestartet wird,
überprüft wird, ob eine vorgegebene Mindestheizzeit (t_min) abgelaufen ist,
bei Erreichen der Mindestheizzeit (t_min) überprüft wird, ob der Druck (E_B) auf das Pedal (14) einen vorgegebenen Schwellenwert (F_B_SW) überschreitet, und wenn diese Be­ dingung erfüllt ist,
überprüft wird, ob ein Startwunsch des Fahrers vorliegt und
bei Vorliegen eines Startwunsches der Start der Brenn­ kraftmaschine freigegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startwunsch des Fahrers anhand des Betätigens eines Zünd- Startschalters (13) oder eines Anlasserknopfes detektiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pedal (14) das Bremspedal herangezogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pedal (14) das Kupplungspedal herangezogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestheizzeit (t_min) mindestens abhängig von der Kapa­ zität einer die Heizeinrichtung (18) mit Energie versorgenden Energiespeichers (12) festgelegt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestheizzeit (t_min) in einem Kennfeld (KF) einer mit der Steuerungseinrichtung (10) verbundenen Speichereinrich­ tung (17) abgelegt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (11) ein im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneter Gassensor beheizt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (11) ein im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneter Katalysator beheizt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (11) ein im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneter Brenner beheizt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (11) ein im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnetes Saugrohr beheizt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (11) ein Injektor zum Einspritzen von Kraft­ stoff beheizt wird.
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