DE102006005717A1 - Vehicle with catalytic converter, comprises arrangement for switching off engine temporarily when temperature threshold value has been reached - Google Patents

Vehicle with catalytic converter, comprises arrangement for switching off engine temporarily when temperature threshold value has been reached Download PDF

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Abstract

The vehicle has an internal combustion engine working with jet guided direct fuel injection and stratified charge. When an idle state is detected and in particular the temperature in the catalytic converter has exceeded the predetermined threshold value the engine is temporarily switched off. The catalytic converter is not cooled down unnecessarily by cold gas. The heating power present is distributed within the catalytic converter instead and increases the heat further.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Katalysatoreinrichtung (insbesondere einer Stickoxid-Katalysatoreinrichtung, bzw. NOx-Speicherkatalysatoreinrichtung) im Abgastrakt. Derartige Fahrzeuge sind bereits vielfach bekannt. Damit Katalysatoreinrichtungen effizient arbeiten können, müssen diese je nach Wirkungsart und Baugröße auf bestimmte Temperaturen aufgeheizt werden. Hierfür sind bereits verschiedenste Vorgehensweisen bekannt, von separaten Katalysatorheizeinrichtungen, die über elektrische Energie (z.B. Bordnetzbatterie) versorgt werden, bis zu Systemen, bei denen insbesondere in der Warmlaufphase nach einem Motorstart (erstmaliger Motorstart bei Inbetriebnahme durch den Fahrer oder automatischer Motorstart im Motor-Stop-Start-Betrieb) die Brennkraftmaschine derart betrieben wird (z.B. geändertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis), dass eine möglichst schnelle Aufheizung der im Abgastrakt angeordneten Katalysatoreinrichtung erfolgt.The The invention relates to a motor vehicle with a catalyst device (in particular a nitrogen oxide catalyst device, or NOx storage catalytic converter device) in the exhaust tract. Such vehicles are already widely known. For catalyst devices to work efficiently, they must depending on the type of effect and size on certain Temperatures are heated up. For this are already very different Procedures known from separate catalyst heaters, via electrical Energy (e.g., on-board battery), to systems in which especially in the warm-up phase after an engine start (initial engine start at startup by the driver or automatic engine start in engine stop-start operation) the engine so operated (e.g., modified Air-fuel ratio), that one possible rapid heating of the catalytic converter arranged in the exhaust tract he follows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem der Aufheizvorgang für die Katalysatoreinrichtung weiter verbessert ist.Of the Invention has for its object to provide a motor vehicle, in which the heating for the catalyst device is further improved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.According to the invention Problem solved by the entirety of the features of claim 1, while in the dependent claims preferred developments of the invention are given.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine mit strahlgeführter Direkteinspritzung, bei denen im Leerlauf die Brennkraftmaschine im Schichtbetrieb betrieben wird, es während der Leerlaufphasen zu einer Abkühlung der Katalysatoreinrichtung kommen kann, da die produzierten Abgase gegebenenfalls (je nach Betriebszustand) eine niedrigere Temperatur aufweisen als die Katalysatoreinrichtung, durch die die Abgase an die Umgebung abgeführt werden sollen. Erfindungsgemäß wird bei derartig aufgebauten und betriebenen Kraftfahrzeugen die Brennkraftmaschine bei Erkennen eines Leerlaufbetriebs, insbesondere bei Erkennen eines Leerlaufbetriebs bei dem die Katalysatoreinrichtung eine vorbestimmte Grenztemperatur bereits überschritten hat, zeitweise abgeschaltet. Über die Abschaltung der Brennkraftmaschine ist dann gewährleistet, dass kein „kaltes" Abgas über die Katalysatoreinrichtung geführt wird und somit diese nicht unnötig abgekühlt wird. Vielmehr wird ein Energiegewinn erzielt, da die Katalysatoreinrichtung ihre Wärmeenergie nicht an das kältere Abgas abgibt, sondern die vorhandene Wärmeenergie durch Wärmeabstrahlung in der Katalysatoreinrichtung verteilt wird und diese sich hierdurch weiter erwärmt.Of the Invention is based on the finding that in motor vehicles with an internal combustion engine with spray-guided direct injection, at which idle the internal combustion engine operated in shifts will do it while the idling phases to a cooling the catalyst device may come because the exhaust gases produced if necessary (depending on the operating condition) a lower temperature have as the catalyst device through which the exhaust gases the environment can be dissipated should. According to the invention is at thus constructed and operated motor vehicles, the internal combustion engine upon detection of an idle operation, in particular upon detection of a Idling operation in which the catalyst device is a predetermined Limit temperature already exceeded has switched off, at times. about the shutdown of the internal combustion engine is then ensured that no "cold" exhaust gas over the Catalyst device out and thus this is not unnecessary is cooled. Rather, an energy gain is achieved because the catalyst device their heat energy not the colder one Gives off exhaust, but the existing heat energy by heat radiation is distributed in the catalyst device and this thereby further heated.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine (bzw. zur Steuerung von Zündung und/oder Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr) derart ausgebildet, dass die Brennkraftmaschine für eine vorbestimmte begrenzte Zeitdauer abgeschaltet wird. Diese Zeitdauer kann durch Versuche ermittelt worden und in einer Datentabelle hinterlegt sein oder aber online über ein Modell berechnet werden. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zeitdauer in Abhängigkeit von der jeweils aktuell vorliegenden Katalysatortemperatur bestimmt. Die Katalysatortemperatur kann wiederum messtechnisch ermittelt oder über ein Berechnungsmodell bestimmt werden.Preferably is the control device for controlling the internal combustion engine (or for controlling ignition and / or air and / or Fuel supply) designed such that the internal combustion engine for one predetermined limited period of time is turned off. This period of time can be determined by tests and stored in a data table be or online about a model can be calculated. In a development of the invention the duration of time is dependent determined by the currently present catalyst temperature. The catalyst temperature can in turn be determined by measurement or over a calculation model can be determined.

Mit Vorteil ist die Steuereinrichtung auch derart ausgebildet, dass eine Abschaltung der Brennkraftmaschine nur dann erfolgt, wenn eine erste vorbestimmte Schwellenwerttemperatur der Katalysatoreinrichtung erreicht ist und der abgeführte Abgasstrom tatsächlich eine niedrigere Temperatur aufweist als die Katalysatoreinrichtung.With Advantage, the control device is also designed such that a shutdown of the internal combustion engine takes place only if a first predetermined threshold temperature of the catalyst device reached and the dissipated Exhaust flow actually has a lower temperature than the catalyst device.

Um eine möglichst effiziente Arbeitsweise/Wirkungsweise der Katalysatoreinrichtung zu gewährleisten, ist die Steuereinrichtung insbesondere derart ausgebildet, dass eine Abschaltung der Brennkraftmaschine nur erfolgt, solange eine vorbestimmte zweite Schwellenwerttemperatur der Katalysatoreinrichtung noch nicht erreicht wird. Ein derartiges Konvertierungsfenster (innerhalb dessen die Brennkraftmaschine bei einem erkannten Leerlaufbetrieb deaktiviert ist), gebildet durch die vorbestimmte untere Grenztemperatur und die vorbestimmte obere Grenztemperatur gewährleistet einen maximalen Wärmeerhalt in der Katalysatoreinrichtung. Dabei wird ein automatischer Motorstop bei einem erkannten Leerlaufbetrieb eingeleitet, sobald die untere (erste) Temperaturschwelle erreicht oder überschritten ist, aber es wird ein automatischer Motorstop bei einem erkannten Leerlaufbetrieb vermieden, für den Fall, dass die aktuelle Temperatur der Katalysatoreinrichtung oberhalb der oberen vorgegebenen Grenztemperatur liegt. Insbesondere wird auch für den Fall, dass ein automatischer Motorstop aufgrund eines erkannten Leerlaufbetriebs eingeleitet wurde und die Katalysatoreinrichtung nach einer gewissen Zeit aufgrund der Konvektion die obere Grenztemperatur überschreitet, ein automatischer Motorstart eingeleitet. Ein besonders bevorzugter Konvertierungsbereich der Katalysatoreinrichtung ist durch eine untere Grenztemperatur von zirka 250° Grad Celsius und eine obere Grenztemperatur von zirka 600° Grad Celsius bestimmt.Around one possible efficient operation / mode of operation of the catalyst device to ensure, the control device is in particular designed such that a shutdown of the engine only takes place, as long as a predetermined second threshold temperature of the catalyst device not yet reached. Such a conversion window (within the internal combustion engine at a detected idling operation is deactivated) formed by the predetermined lower limit temperature and the predetermined upper limit temperature ensures maximum heat retention in the catalyst device. This is an automatic engine stop initiated at a detected idling operation, as soon as the lower (first) temperature threshold is reached or exceeded, but it will an automatic engine stop at a detected idling operation avoided, for the case that the current temperature of the catalyst device is above the upper predetermined limit temperature. Especially will also be for the case that an automatic engine stop due to a detected Idle operation was initiated and the catalyst device after a certain time due to convection exceeds the upper limit temperature, an automatic engine start initiated. A particularly preferred Conversion of the catalyst device is by a lower limit temperature of about 250 degrees Celsius and an upper limit Limit temperature of about 600 ° Celsius certainly.

Die einzige Zeichnung veranschaulicht noch einmal die Wirkungsweise der Erfindung. In dem Diagramm ist der zeitliche Verlauf der Temperatur T der Katalysatoreinrichtung über der Zeit t schematisch in zwei verschiedenen Kurvenverläufen TK1, TK2 dargestellt. Dabei ist mit der ersten Kurve TK1 der Temperaturverlauf der Katalysatoreinrichtung ohne Abstellen der Brennkraftmaschine bei Erkennung eines Leerlaufbetriebs dargestellt. Die zweite Kurve TK2 zeigt den Temperaturverlauf der Katalysatoreinrichtung bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung.The single drawing illustrates once again the operation of the invention. In the diagram, the time profile of the temperature T of the catalyst device over the time t is shown schematically in two different curves TK1, TK2 posed. In this case, with the first curve TK1 the temperature profile of the catalyst device is shown without stopping the internal combustion engine when idling operation is detected. The second curve TK2 shows the temperature profile of the catalyst device in a device according to the invention.

Gemäß dem Diagramm befindet sich die Brennkraftmaschine bis zum Zeitpunkt t0 in einem beliebigen Lastbetrieb mit einer Motordrehzahl größer der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine. Im Zeitpunkt t0 wird ein Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere das Vorliegen einer Katalysatoreinrichtungstemperatur (bzw. einer mit dieser korrelierenden Größe) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturfensters erkannt, so dass gemäß der Erfindung die Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine diese zeitweise abschaltet (TK2). Wird die Brennkraftmaschine im Leerlauf abgeschaltet, stellt sich ein Temperaturverlauf der Katalysatoreinrichtung gemäß TK2 (gestrichelter Kurvenverlauf) ein. Die Abkühlung der Katalysatoreinrichtung erfolgt hierdurch langsamer als wenn die Brennkraftmaschine nicht abgeschaltet würde, da keine zusätzliche Kühlung durch die im Leerlaufbetrieb erzeugten kühleren Abgase erfolgt. Ohne Abschaltung der Brennkraftmaschine würde sich etwa ein Kurvenverlauf gemäß TK1 (volllinierter Kurvenverlauf) ergeben, gemäß dem die Katalysatoreinrichtung schneller abkühlt.According to the diagram is the internal combustion engine until the time t0 in any Load operation with an engine speed greater than the idle speed of Internal combustion engine. At time t0, an idling operation of Internal combustion engine and in particular the presence of a catalyst device temperature (or a size correlating therewith) within a predetermined size Temperature detected, so that according to the invention, the control device for controlling the internal combustion engine this temporarily shuts off (TK2). If the engine is switched off when idling, provides a temperature profile of the catalyst device according to TK2 (dashed curve) one. The cooling The catalyst device is thereby slower than when the internal combustion engine would not shut off because no additional cooling carried out by the cooler exhaust gases generated during idling. Without Shutdown of the internal combustion engine would be approximately a curve according to TK1 (fully lined Curve), according to which the Catalyst device cools faster.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Brennkraftmaschine idealerweise für die Zeitdauer Td bis zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet. Falls nicht zuvor bereits eine entsprechende Lastanforderung vorliegt (Motor-Stop-Start-Betrieb), aufgrund derer die Brennkraftmaschine sofort gestartet würde, wird diese im Zeitpunkt t2 wieder gestartet und mit der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl betrieben, da ab diesem Zeitpunkt die Katalysatoreinrichtung soweit abgekühlt ist, dass ihre Temperatur niedriger ist als die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine mit strahlgeführter Direkteinspritzung und geschichtetem Leerlaufbetrieb. Ist die Brennkraftmaschine bei Leerlauferkennung im Zeitpunkt t0 abgeschaltet worden, und liegt die Katalysatortemperatur oberhalb der vorbestimmten Temperaturgrenze (Mindesttemperatur), wird die Katalysatoreinrichtung sich im Vergleich zu einem Betrieb mit nicht abgeschalteter Brennkraftmaschine langsamer abkühlen (vergleiche Kurvenverläufe TK1 und TK2 im Zeitraum zwischen t0 und t1 – Energiegewinn der Wärmemenge I). Ist in einem bestimmten Zeitpunkt (hier t1) eine bestimmte Abkühltemperatur erreicht, wird sich ab diesem Zeitpunkt für eine bestimmte Zeitdauer (hier: zwischen t1 und t2 – Energiegewinn Wärmemenge II) ein Aufheizeffekt durch Wärmeabstrahlung innerhalb der Katalysatoreinrichtung bemerkbar machen und die Katalysatortemperatur entsprechend ansteigen. Erst wenn dieser Effekt verbraucht ist, würde die Temperatur der Katalysatoreinrichtung im Zeitpunkt t2 derart absinken, dass sie niedrige wäre als die Katalysatortemperatur bei nicht abgeschalteter Brennkraftmaschine. Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine daher spätestens im Zeitpunkt t2 wieder gestartet.in the illustrated embodiment For example, the internal combustion engine will ideally last for the period of time Td Time t2 off. If not already an appropriate Load request is present (engine stop-start operation), due to which the internal combustion engine would be started immediately this is restarted at time t2 and with the given Run idling speed, since from this point the catalyst device as far as cooled is that its temperature is lower than the temperature of the exhaust gas the internal combustion engine with spray-guided direct injection and stratified idling operation. Is the internal combustion engine at idle detection has been switched off at the time t0, and the catalyst temperature is above the predetermined temperature limit (minimum temperature), the catalyst device will be compared to an operation Cool down more slowly with the engine not switched off (compare curves TK1 and TK2 in the period between t0 and t1 - energy gain of the heat quantity I). Is at a certain time (here t1) a certain cooling temperature reached, will be from this time for a certain period of time (here: between t1 and t2 - energy gain heat II) a heating effect by heat radiation within the catalyst device and the catalyst temperature increase accordingly. Only when this effect is used up, would the Temperature of the catalyst device at time t2 such a fall, that she was low as the catalyst temperature with not switched off internal combustion engine. Preferably, the internal combustion engine is therefore at the latest restarted at time t2.

Besondere Vorteile bietet die Erfindung daher auch in den so genannten Abgasemissions-Testzyklen – insbesondere dem NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus), bei dem ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsprofil für eine bestimmte Zeitdauer vorgegeben wird und anschließend die gemessenen entstandenen Emissionen auf die Fahrstrecke bezogen bewertet werden. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung daher derart ausgebildet, das eine Abschaltung der Brennkraftmaschine stets bei Erkennung eines vorbestimmten Fahrzyklus bzw. eines Abgasemissions-Testzyklus (insbesondere des NEFZ) erfolgt.Special Therefore, the invention also offers advantages in the so-called exhaust emission test cycles - in particular the NEDC (New European Driving cycle), in which a predetermined speed profile for a specific Duration is specified and then the measured resulting Emissions are assessed based on the route. Preferably Therefore, the control device is designed such that a shutdown the internal combustion engine always upon detection of a predetermined driving cycle or an exhaust emission test cycle (in particular of the NEDC) takes place.

Claims (5)

Kraftfahrzeug, – mit einer strahlgeführten und direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb geschichtet betrieben wird, – mit einer im Abgastrakt angeordneten Katalysatoreinrichtung, und – mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Erkennen eines Leerlaufbetriebs die Brennkraftmaschine zeitweise abgeschaltet wird.Motor vehicle, - with a spray-guided and directly injecting internal combustion engine, the internal combustion engine in the Idling operation is stratified, - with a in the exhaust system arranged catalyst device, and - with a Control device for controlling the internal combustion engine, wherein the Control device is designed such that upon detection of a Idle mode, the internal combustion engine is temporarily switched off. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Brennkraftmaschine für eine vorbestimmte Abschaltzeit abgeschaltet wird.Motor vehicle according to claim 1, characterized in that that the control device is designed such that the internal combustion engine for a predetermined Shutdown time is switched off. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Abschaltzeit in Abhängigkeit von der Temperatur der Katalysatoreinrichtung bestimmt wird.Motor vehicle according to claim 2, characterized the control device is designed such that the switch-off time dependent on is determined by the temperature of the catalyst device. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Brennkraftmaschine nur für den Fall abgeschaltet wird, dass eine vorbestimmte erste Schwellenwerttemperatur der Katalysatoreinrichtung erreicht ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control device is designed such that the internal combustion engine is switched off only in the event that a predetermined first threshold temperature of the catalyst device is reached. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Brennkraftmaschine nur für den Fall abgeschaltet wird, dass eine vorbestimmte zweite Schwellenwerttemperatur der Katalysatoreinrichtung noch nicht erreicht ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control device is designed such that the internal combustion engine is switched off only in the event that a predetermined second threshold temperature of the catalyst device not yet reached.
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