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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges mit einem Motorsteuergerät und einem Abgaskatalysator.
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Zur
Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission
von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, die Brennkraftmaschine bei vorübergehendem
Stillstand des Fahrzeuges automatisch abzustellen. Wird vom Fahrer
des Kraftfahrzeuges eine Weiterfahrt gewünscht, so wird auf ein entsprechendes
Signal hin die Brennkraftmaschine wieder in Betrieb gesetzt. (So
genannte Start-Stopp-Automatik). Das automatische Abstellen sowie
die Wiederinbetriebnahme wird dabei üblicherweise von einem Motorsteuergerät veranlasst,
welches auch den Fahrzeugstillstand und den Fahrerwunsch nach Weiterfahrt
ermittelt. Auf diese Weise wird die Brennkraftmaschinenbetriebszeit
vermindert und somit auch der Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeuges
vermindert.
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In
der nachveröffentlichten
DE 102 12 357 A1 ist
ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
mit einem Motorsteuergerät
und einem Abgaskatalysator beschrieben, bei welchem durch das Motorsteuergerät ein Starten
und Anhalten der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer Bedingung
geregelt wird, die den Zustand des Abgaskatalysators beeinflusst.
Dabei ist angestrebt, den Abgaskatalysator möglichst in einem Zieltemperaturbereich
zu halten. Zur Entscheidung über
ein Anhalten der Brennkraftmaschine wird beispielsweise eine Abgastemperatur
im Leerlaufzustand herangezogen.
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Aus
der
DE 195 17 434
A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges mit einem Abgaskatalysator bekannt, bei welchem
bei Unterbrechung bzw. Abschaltung einer Zufuhr von Kraftstoff im
Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eine Temperatur des Katalysators
berücksichtigt
wird. Eine Abschaltung wird dabei nur dann erlaubt, wenn die Temperatur
des Katalysators unterhalb einer Grenztemperatur liegt. Dadurch
wird eine verstärkte
Katalysatoralterung bei hohen Temperaturen vermieden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
anzugeben, welches bei einem möglichst
geringen Krafstoffverbrauch einen verbesserten Katalysatorbetrieb
und damit einen verringerten Schadstoffausstoß ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
gemäß Anspruch
1 ist durch ein Motorsteuergerät
ein Abschalten der Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb vorgesehen,
wenn die Temperatur T des Abgaskatalysators unterhalb einer vorgebbaren
oberen Grenztemperatur T2 und oberhalb einer
vorgebbaren unteren Grenztemperatur T1 liegt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung entspricht die obere Grenztemperatur
T2 einer Temperaturstabilitätsgrenze
des Katalysators und in weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht
die untere Grenztemperatur T1 einer Anspringtemperatur
des Katalysators.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abschaltung
der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb erst nach einer vorgebbaren
Wartezeit vorgenommen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
gemäß Anspruch
5 wird ein Abschalten der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von der Temperatur des Abgaskatalysators vorgenommen, wobei das
Abschalten der Brennkraftmaschine in einem Leerlaufbetrieb und in
Abhängigkeit
von einer Abgastemperatur und nach einer vorgebbaren Wartezeit vorgenommen
wird.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene
Wartezeit kann z. B. 5 Sekunden betragen, wodurch vermieden wird,
dass infolge von sehr kurz aufeinander folgenden Fahrt- und Stillstandsvorgängen ein
sehr häufiges
Abschalten und Wiederanlassen der Brennkraftmaschine erfolgt, was
einen erhöhten
Verschleiß der
Anlassvorrichtung zur Folge hätte.
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In
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 wird die Abschaltung
der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb vorgenommen, wenn die
Temperatur des Abgaskatalysators unterhalb einer vorgebbaren unteren
Grenztemperatur T1 liegt und gleichzeitig
die Temperatur des in den Abgaskatalysator strömenden Abgases kleiner oder
gleich der Temperatur des Abgaskatalysators ist oder wenn die Temperatur
T des Abgaskatalysators innerhalb eines Bereiches mit einer vorgebbaren
unteren Grenztemperatur T1 und der vorgebbaren
oberen Grenztemperatur T2 liegt und die
Temperatur des in den Abgaskatalysator strömenden Abgases größer oder
gleich der Temperatur des Abgaskatalysators ist. Durch die erstgenannte
Maßnahme
wird vermieden, dass der Abgaskatalysator vom Abgas weiter abgekühlt wird und
er dadurch an Wirksamkeit verliert. Vorzugsweise wird die Grenztemperatur
T1 ungefähr
gleich der Anspringtemperatur des entsprechenden Katalysators, d.
h. die Temperatur, ab welcher ein gewisser Mindestschadstoffumsatz
erfolgt, gewählt.
Die obere Grenztemperatur T2 wird vorzugsweise
durch die Temperaturstabilitätsgrenze
des Katalysators bestimmt.
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Infolge
der vorgesehenen Abschaltung der Brennkraftmaschine im Leerlauf-
bzw. im Schubbetrieb wenn die Temperatur T des Abgaskatalysators innerhalb
eines Bereiches mit einer vorgebbaren unteren Grenztemperatur T1 und einer vorgebbaren oberen Grenztemperatur
T2 liegt wird einerseits vermieden, dass
der Katalysator länger
als nötig
oder häufiger
als nötig
unterhalb seiner Anspringtemperatur betrieben wird. Der Gesamtschadstoffausstoß des Fahrzeuges
wird durch diese Maßnahme
daher verbessert. Andererseits wird vermieden, dass der Katalysator
länger
als nötig
oder häufiger
als nötig oberhalb
seiner Temperaturstabilitätsgrenze
betrieben wird. Es wird daher eine mögliche Schädigung des Katalysators vermieden
und infolgedessen seine Reinigungsfunktion über einen längeren Zeitraum erhalten. Befinden
sich mehrere Abgaskatalysatoren in der Abgasreinigungsanlage, so
werden vorzugsweise für
jeden Katalysator Grenztemperaturen berücksichtigt und die Abschaltung
der Brennkraftmaschine nur vorgenommen, wenn die Temperatur jedes
Katalysators innerhalb des jeweils zugeordneten Temperaturbereiches,
d. h. zwischen T1 und T2 liegt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung unterbleibt die Abschaltung
der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb, wenn die Temperatur des
Abgaskatalysators oberhalb einer vorgebbaren oberen Grenztemperatur
T2 liegt und die Temperatur des in den Abgaskatalysator
strömenden
Abgases kleiner als die Temperatur des Abgaskatalysators ist. Da
im Leerlauf Abgas mit vergleichsweise niedriger Temperatur von der
Brennkraftmaschine geliefert wird, kühlt das Abgas in diesem Fall
den stark erhitzten Katalysator und verhindert dadurch eine Schädigung desselben. Die
geschilderte Situation kann z. B. im praktischen Fahrbetrieb dann
auftreten, wenn nach einem Volllastbetrieb mit starker Aufheizung
des Katalysators das Fahrzeug vorübergehend zum Stillstand kommt. Da
erfindungsgemäß in dieser
Situation eine Abschaltung der Brennkraftmaschine unterbleibt, wird der
Katalysator durch das vergleichsweise gering erhitzte Abgas des
Leerlaufbetriebs relativ rasch wieder abgekühlt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist
der Katalysator daher einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt
und daher der natürliche
Alterungsprozess verlangsamt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung unterbleibt die Abschaltung
der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb, wenn die Temperatur des
Abgaskatalysators unterhalb einer vorgebbaren unteren Grenztemperatur
T1 liegt und gleichzeitig die Temperatur
des in den Abgaskatalysator strömenden
Abgases höher
als die Temperatur des Abgaskatalysators ist. Wird die untere Grenztemperatur
T1 ungefähr gleich
der Anspringtemperatur des entsprechenden Katalysators gewählt, wird
mit dieser Maßnahme
erreicht, dass der Katalysator durch die vom Abgas bewirkte Erwärmung in
den Temperaturbereich seiner Wirksamkeit gelangt und seine Abgasreinigungsfunktion
erfüllen
kann.
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Die
Entscheidung, ob ein Abschalten der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb
bzw. im Leerlauf vorgenommen wird, wird demnach von der aktuellen
Temperatur des Abgaskatalysators bzw. der aktuellen Temperatur des
Abgases abhängig
gemacht. Dadurch wird vermieden, dass eine Abschaltung der Brennkraftmaschine
in einem für
die Funktionsfähigkeit
des Abgaskatalysators ungünstigen
Zeitpunkt erfolgt. Beispielsweise ist nach kurzer Fahrt im Anschluss
an einen Kaltstart des Fahrzeuges der Abgaskatalysator meist noch
nicht auf Betriebstemperatur, wogegen die Brennkraftmaschine bereits
deutlich erwärmtes
Abgas liefert. Kommt es bei einer solchen Konstellation zu einem
Fahrzeugstillstand mit Abschaltung der Brennkraftmaschine, so wird
die weitere Erwärmung
des Abgaskatalysators verzögert,
so dass dieser weiterhin in seinem nicht funktionsfähigen Zustand
verharrt und nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine und
Wiederaufnahme der Fahrt infolgedessen das Abgas nicht oder nur
ungenügend
reinigen kann. Für
den Gesamtschadstoffausstoß des
Kraftfahrzeuges ist es deshalb z. B. bei der oben beschriebenen
Betriebsweise vorteilhaft, wenn die Abschaltung der Brennkraftmaschine
im Leerlauf bei Fahrzeugstillstand in Abhängigkeit von der Temperatur
des Abgaskatalysators und der Abgastemperatur vorgenommen wird.
Analog wird der Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeuges ebenfalls verringert,
wenn bei einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eine Abschaltung
derselben in Abhängigkeit
von der Temperatur des Abgaskatalysators und der Abgastemperatur
vorgenommen wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und eines zugehörigen Beispieles
näher erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren,
welches beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug mit Ottomotor und
einer Abgasreinigungsanlage mit motornah angebrachtem Startkatalysator
Anwendung finden kann. Das Kraftfahrzeug ist mit einem Motorsteuergerät ausgestattet,
welches die im Ablaufdiagramm angegebenen Abfragen durchführt, wozu
es die entsprechenden Signale einliest und durch Ausgabe von Steuersignalen
reagiert. Hierzu kann ein übliches elektronisches
Motorsteuergerät
verwendet werden, welches den Motorbetrieb mit Hilfe geeigneter
Steuersignale steuert und zu diesem Zweck eine Vielzahl von Eingangssignalen
erhält.
Diese Eingangssignale betreffen die für den Motorbetrieb relevanten
Größen wie
Luftdurchsatz, Kraftstoffdurchsatz, Motorlast, Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzparameter
und dergleichen daneben aber auch Größen, welche den Zustand der
Abgasreini-gungsanlage charakterisieren. Zur Ermittlung der Katalysatortemperatur
ist an diesem Katalysator ein Temperaturfühler angebracht. Ein weiterer
Temperaturfühler
ist im Abgassystem so angebracht, dass die Eintrittstemperatur des
Abgases in den Katalysator möglichst
zuverlässig
ermittelt werden kann. Die Messwerte der Temperaturfühler werden
an das Motorsteuergerät
weitergeleitet, wo sie entsprechend ausgewertet werden. Solcherart ausgerüstete Kraftfahrzeuge
sind weit verbreitet, weshalb auf eine Darstellung der Anordnung
der verwendeten Hardwarekomponenten verzichtet wird. Nach Start
des Motors werden vom Motorsteuergerät zyklisch der Status des Motor-betriebs
und die Temperaturen des Abgases und des Katalysators entsprechend
des in der Figur angegebenen Ablaufdiagramms abgefragt.
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Zunächst wird
in einer Abfrage A1 abgefragt, ob ein Leerlauf oder ein Schubbetrieb
des Motors vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird kein Eingriff
in den normalen Motorbetrieb vorgenommen und die Abfrage nach Ablauf
einer vorgebbaren Taktzeit von beispielsweise 0,5 Sekunden wiederholt.
Ergibt die Abfrage, dass ein Leerlaufbetrieb oder ein Schubbetrieb
vorliegt, so wird als nächstes
die Katalysatortemperatur abgefragt.
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Ergibt
die Abfrage A2 der Katalysatortemperatur, dass diese größer oder
gleich einer vorgebbaren Grenztemperatur T2 ist,
so wird damit signalisiert, dass eine Abkühlung des Katalysators stattfinden sollte,
weshalb ebenfalls kein Eingriff in den normalen Motorbetrieb vorgenommen
wird. Der Katalysator wird daher weiterhin mit Abgas versorgt, welches eine
verhältnismäßig niedrige
Temperatur besitzt, da vom Motor keine nennenswerte Arbeit verrichtet
wird. Der Katalysator wird daher abgekühlt. Als Grenztemperatur T2 wird eine Temperatur vorgegeben, welche der
Stabilitätsgrenze
des Katalysators entspricht oder aus Sicherheitsgründen etwas
niedriger als diese ist. Je nach Katalysator liegt diese Grenztemperatur
T2 typischerweise im Bereich von etwa 800°C bis 1000°C.
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Ergibt
die Abfrage A2 der Katalysatortemperatur, dass diese unterhalb des
Grenzwertes T2 liegt, so wird in einer weiteren
Abfrage A3 abgefragt, ob die Katalysatortemperatur statt dessen
einen unteren Grenzwert T1 unterschreitet.
Als Grenztemperatur T1 wird vorzugsweise
die Anspringtemperatur des Katalysators gewählt, welche typischerweise
zwischen 150°C
und 250°C
liegt. Ist dies nicht der Fall, so bedeutet dies, dass der Katalysator
sich in einem normalen Betriebszustand befindet und der Motor wird, gegebenenfalls
nach einer gewissen Wartezeit, aus Gründen der Kraftstoffverbrauchsersparnis
abgeschaltet.
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Ergibt
die Abfrage A3, dass die Katalysatortemperatur den unteren Grenzwert
T1 unterschreitet, so wird in einer weiteren
Abfrage A4 abgefragt, ob die Eintrittstemperatur des Abgases kleiner
als die Temperatur des Katalysators ist. Wenn dies der Fall ist, bedeutet
dies, dass der ohnehin unerwünscht
kalte Katalysator vom Abgas weiter gekühlt wird. Der Motor des Fahrzeugs
wird daher abgestellt, um die weitere Abkühlung des Katalysators zu verhindern.
Ist dagegen die Temperatur des Abgases höher als die Katalysatortemperatur,
so wird kein Eingriff in den normalen Motorbetrieb vorgenommen,
d. h. das Abschalten des Motors unterbleibt. Der Katalysator kann
durch die Beaufschlagung mit heißerem Abgas rasch über seine
Anspringtemperatur T1 hinaus erhitzt werden
und damit seine Reinigungsfunktion erfüllen.
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Sofern
die Abfrageprozedur das Abschalten des Motors zum Ergebnis hat,
wird, gegebenenfalls nach einer bestimmten Wartezeit von z. B. 5
Sekunden, die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern des Motors durch
Schließen
der Einspritzventile beendet und im Falle eines fremdgezündeten Motors
die Zündung abgestellt.
Zusätzlich
kann eine im Ansaugtrakt des Motors vorhandene Drosselklappe geschlossen
werden. Weiter kann zusätzlich
der Antriebstrang vom Motor abgekoppelt werden. Falls vom Motorbetrieb abhängige Servosysteme,
wie z. B. ein Bremskraftverstärker
oder eine Servolenkung vorhanden sind, so kann die Verfügbarkeit
dieser Systeme durch den Einsatz elektrischer Bordenergie weiter
gewährleistet werden.
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Die
Wiederinbetriebnahme des Fahrzeuges erfolgt, wenn der Fahrer des
Kraftfahrzeuges dies durch Betätigung
eines Bedienelementes im Fahrzeug seinen diesbezüglichen Wunsch signalisiert. Dies
kann z. B. durch Betätigung
eines speziell hierfür
vorgesehenen Signalgebers oder auch durch Loslassen des zuvor betätigten Bremspedals
oder auf andere Weise geschehen.
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Das
beschriebene Verfahren kann hinsichtlich der Abgasreinigung als
intelligente Start-Stopp-Automatik bezeichnet werden. Es versteht
sich, dass das Verfahren für
Kraftfahrzeuge Anwendung finden kann, die mit einer beliebigen Art
von Brennkraftmaschine ausgerüstet
sind. Ferner ist das Verfahren bei Abgasreini gungsanlagen anwendbar, welche
mehrere und insbesondere verschiedenartige Katalysatoren aufweisen.
Die Abfragen von Abgastemperatur bzw. der Katalysatortemperatur
können sich
dann variabel auf verschiedene Katalysatoren beziehen. Es können dann
mehrere Abgastemperaturen bzw. Katalysatortemperaturen abgefragt
werden, um z. B. zu bewirken, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet
wird, wenn auf Grund des oben geschilderten Verfahrensablaufes das
Abschaltekriterium für
einen dieser Katalysatoren erfüllt
ist. Analog gilt dies natürlich
auch in gleicher Weise für
die Entscheidung, dass ein Abschalten der Brennkraftmaschine unterbleibt.
Weiter ist für
die Ermittlung der Temperaturen nicht notwendigerweise jeweils ein Temperaturfühler erforderlich.
Vielmehr können
Abgastemperaturen bzw. Katalysatortemperaturen auch aus entsprechenden
Rechenmodellen ermittelt werden, die z. B. in einem Speicher im
Motorsteuergerät
abgelegt sind. Die Modelle können
dabei entsprechend der verfügbaren
Technologie z. B. auf den jeweiligen Motorbetriebsparametern wie
z. B. Last und Motordrehzahl oder anderen Größen basieren.