DE102008060647B4

DE102008060647B4 - Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators

Info

Publication number: DE102008060647B4
Application number: DE102008060647.2A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Hahn Hermann; Dr.-Ing. Knaup Jan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: DE102008060647A1

Abstract

Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten,(1) Ausführen von Maßnahmen zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators;(2) Bestimmen eines Sauerstoffbefüllungszustandes des Katalysators, welcher sich am Ende von Schritt (1) einstellt;(3) Abhängig vom Ergebnis aus Schritt (2) Festlegung einer fetten oder mageren motorischen Gemischeinstellung;(3a) unmittelbarer Übergang zu Schritt (4), wenn der bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand indiziert, dass der Katalysator bereits zum überwiegenden möglichen Teil mit Sauerstoff gefüllt oder von Sauerstoff geleert ist, andernfalls bis dahin Betreiben des Motors und Beaufschlagung des Katalysators mit der in Schritt (3) festgelegten Abgasgemischzusammensetzung und fortlaufende Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustandes;(4) Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer fetten Gemischzusammensetzung (λ < 1), wenn in Schritt (3) eine magere Gemischeinstellung (λ > 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten dritten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge reduzierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat, oderBetreiben der Brennkraftmaschine mit einer mageren Gemischzusammensetzung (λ > 1), wenn in Schritt (3) eine fette Gemischeinstellung (λ < 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten vierten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge oxidierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat,wobei die Lambda-Sonde beim Betreiben der Brennkraftmaschine mit der fetten bzw. mageren Gemischzusammensetzung derart betrieben wird, dass die Lambda-Sonde ein verwertbares Signal abgibt, auch wenn an ihrer Einbaustelle die Taupunkt-Temperatur noch nicht überschritten ist;(5) Bestimmen einer in dem Katalysator speicherbaren Sauerstoffmenge mittels Auswertung der in Schritt (4) durchgesetzten Überschussmenge reduzierender oder oxidierender Abgasbestandteile und(6) Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators für Schritt (1) in Abhängigkeit von der in Schritt (5) ermittelten speicherbaren Sauerstoffmenge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, gemäß Patentanspruch 1.
Zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben an die zulässigen Abgasemissionen ist eine schnelle Wirksamkeit von Abgasreinigungsmaßnahmen nach dem Start einer Brennkraftmaschine notwendig. Dazu zählt das schnelle Anspringen eines im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, d.h. der Katalysator muss möglichst schnell auf eine Temperatur über seiner Aktivierungstemperatur aufgeheizt werden. Um dies zu erreichen, werden Maßnahmen ergriffen, welche das schnelle Aufheizen des Katalysators gewährleisten sollen. Bekannt sind Maßnahmen wie Spätzündung des Motors (wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung verschlechtert und mehr Gemischenergie in das Abgassystem eingebracht wird), Nachverbrennung des Motorabgases durch Sekundärlufteinblasung in das Abgassystem, Anhebung der Motordrehzahl zur Erhöhung des Luftmengendurchsatzes oder zyklisches Betreiben der Brennkraftmaschine abwechselnd in einem Magerbetrieb und einem Fettbetrieb, um durch die Reaktionswärme der Reaktion nicht verbrannter Kraftstoffkomponenten mit dem Sauerstoff im Katalysator diesen aufzuheizen ( DE 102 40 977 A1 oder DE 102 46 505 A1 ). Nachteilig an diesen Maßnahmen ist es, dass die zur schnellen Erhöhung der Katalysatortemperatur eingebrachte Energie entsprechend den Kraftstoffverbrauch und somit die CO₂-Emissionen der Brennkraftmaschine erhöht.
Katalysatoren nach Stand der Technik weisen über ihre Betriebdauer eine Verschlechterung der Aktivierungseigenschaften auf, d.h. mit zunehmender Betriebsdauer verschieben sich die Anspringtemperaturen hin zu höheren Temperaturen. Daher ist es einleuchtend, dass für einen neuwertigen Katalysator ein geringerer Energieaufwand zur Aktivierung erforderlich ist als für einen gealterten Katalysator. Heutige Systeme berücksichtigen dies nicht, sondern in der Anwendung wird der zugeführte Energieaufwand dergestalt festgelegt, dass auch ein gealterter Katalysator hinreichend schnell seine Anspringtemperatur erreicht. Damit wird bei einem neuwertigen Katalysator mehr Energie zugeführt als für das Erreichen seiner (niedrigeren) Anspringtemperatur eigentlich hinreichend wäre, und somit stellt sich ein unnötig hoher Kraftstoffverbrauch ein.
Aus der DE 102 44 1 28 A1 ist ein Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators bekannt, bei dem eine in den Katalysator eingebrachte Wärmemenge berechnet wird. Nach Einbringung einer vorbestimmten Wärmemenge wird mittels Schwingungsprüfung geprüft, ob eine Sauerstoffspeicherung des Katalysators erreicht wurde. Falls dies nicht der Fall ist, wird die vorbestimmte Wärmemenge für den nächsten Aufheizvorgang erhöht, so dass beim nächsten Kaltstart der Brennkraftmaschine eine größere Wärmemenge zur Aktivierung des Katalysators eingetragen wird, wodurch Deaktivierungseffekte des Katalysators berücksichtigt werden und der Katalysator nicht unnötig lange aufgeheizt wird. Dieses Verfahren setzt jedoch eine im Katalysator befindliche Lambdasonde voraus, da davon ausgegangen wird, dass nur eine solcherart angeordnete Lambdasonde bereits betriebsbereit ist, bevor die Einbringung der Wärmeenergie beendet ist. Dem zugrunde liegt die Problematik, dass heutige Lambdasonden durch Wasserschlag auf das heiße Sondenelement beschädigt werden, wenn flüssiges Wasser auf den heißen Sondenkörper trifft, weswegen nach Stand der Technik mit dem Beheizen der Lambdasonden gewartet wird bis an der Einbauposition kein flüssiges Wasser mehr vorhanden sein kann (sog. erreichter Taupunkt), wobei dann bei Lambdasonden, welche stromabwärts eines Katalysators eingebaut sind, der Katalysator bereits seine Anspringtemperatur erreicht hat, bevor die Lambdasonde beheizt werden darf und dann das Verfahren nicht durchführbar wäre. Des Weiteren kann das Verfahren zu unerwünschten Schadstoff-Emissionen führen, da bei den voreingestellten zyklischen Fett-Mager-Wechseln der Schwingungsprüfung mehr sauerstoff- oder kraftstoffüberschusshaltiges Abgas den Katalysator passiert als dieser entsprechend seinem Zustand vollständig konvertieren könnte.
Aus der DE 100 40 517 A1 geht ein Verfahren zur Gemischbildung für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Abgasstrang hervor. Eine Brennraum-Lambda-Schwingung wird durch eine gesonderte Vorsteuerung bezüglich Amplitude, Frequenz und/oder Schwingungsform in Abhängigkeit von der durchgesetzten Luftmasse und dem Sauerstoff-Speichervermögen und Speicherverhaltens des Katalysators moduliert, so dass bei geringer Last der Brennkraftmaschine knapp über der Anspringtemperatur des betriebswarmen Katalysators eine gesteigerte Sauerstoff-Einspeicherung für eine einem bedarfsweisen Heizen des Katalysators dienende exotherme Reaktion im Katalysator erzielt wird. Für die gesonderte Heiz-Modulation ist eine separate elektrische Steuerungseinrichtung vorgesehen. Die Vorsteuerung wird aus den Signalen einer zwischen Brennkraftmaschine und einem Katalysator und/oder stromab des Katalysators angeordneten Lambda-Sonde abgeleitet.
Im Dokument DE 102 46 505 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem eine Sauerstoff-Speicherfähigkeit aufweisenden Katalysator beschrieben, in welchem der Katalysator mit einem variierendem Lambda-Wert aufgeheizt wird. Die Brennkraftmaschine wird zyklisch mager betrieben, um den Sauerstoff-Speicher des Katalysators aufzufüllen, und fett betrieben, um durch die freigesetzte Wärme der Reaktion nicht verbrannter Kraftstoffkomponenten mit dem Sauerstoff im Katalysator diesen aufzuheizen. Die Sauerstoffmenge hinter dem Katalysator wird mittels einer Sonde gemessen und die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators wird über die Sauerstoffmenge bestimmt. Die Zeitdauer der zyklischen Phasen wird derart angepasst, dass entsprechend dem aktuellen Abgasmassenstrom der absolut überschüssige Sauerstoff und der absolute Luftbedarf der unverbrannten Kraftstoffkomponenten je zyklischer Phase in einem festen Verhältnis stehen.
DE 10 2005 015 999 A1 beschreibt das Aufheizen eines Vorkatalysators während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine. Dabei wird durch eine gezielte Steuerung der Öffnungszeiten der Ein- und Auslassventile eine Ventilüberschneidung eingestellt, die dazu führt, dass ein Teil des Frischluftsauerstoffs während des Ansaugtakts durch den Zylinder ohne Verbrennung geschoben wird, in dem Vorkatalysator gespeichert wird und dort mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen des Auslasstakts exotherm verbrennt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich der Aufheizphase nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu sind bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:

(1) Ausführen von Maßnahmen zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators;
(2) Bestimmen eines Sauerstoffbefüllungszustandes des Katalysators, welcher sich am Ende von Schritt (1) einstellt;
(3) Abhängig vom Ergebnis aus Schritt (2) Festlegung einer fetten oder mageren motorischen Gemischeinstellung;
(3a) unmittelbarer Übergang zu Schritt (4), wenn der bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand indiziert, dass der Katalysator bereits zum überwiegenden möglichen Teil mit Sauerstoff gefüllt oder von Sauerstoff geleert ist, andernfalls bis dahin Betreiben des Motors und Beaufschlagung des Katalysators mit der in Schritt (3) festgelegten Abgasgemischzusammensetzung und fortlaufende Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustandes;
(4) Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer fetten Gemischzusammensetzung (Ä < 1), wenn in Schritt (3) eine magere Gemischeinstellung (Ä > 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten dritten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge reduzierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat oder Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer mageren Gemischzusammensetzung (λ > 1), wenn in Schritt (3) eine fette Gemischeinstellung (Ä < 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten vierten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge oxidierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat, wobei die Lambda-Sonde beim Betreiben der Brennkraftmaschine mit der fetten bzw. mageren Gemischzusammensetzung derart betrieben wird, dass diese ein verwertbares Signal abgibt, auch wenn an ihrer Einbaustelle die Taupunkt-Temperatur noch nicht überschritten ist;
(5) Bestimmen einer in dem Katalysator speicherbaren Sauerstoffmenge mittels Auswertung der in Schritt (4) durchgesetzten Überschussmenge reduzierender oder oxidierender Abgasbestandteile und
(6) Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators für Schritt (1) in Abhängigkeit von der in Schritt (5) ermittelten speicherbaren Sauerstoffmenge.

Dies hat den Vorteil, dass ein Energieverbrauch zum Aufheizen eines Katalysators auf das notwendige, von seinem aktuellen Zustand abhängiges Maß beschränkt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt (1) ein Einbringen von Abgas in den Katalysator mit Sauerstoffüberschuss (überstöchiometrisch, Ä > 1) oder Sauerstoffmangel (unterstöchiometrisch, Ä < 1).
Zweckmäßigerweise wird Schritt (1) solange mit einer mageren Gemischeinstellung (λ > 1) ausgeführt, bis der Sauerstoffbefüllungszustand des Katalysators größer oder gleich dem vorbestimmten ersten Wert ist oder es wird Schritt (1) mit einer fetten Gemischeinstellung (λ < 1) ausgeführt, bis der Sauerstoffbefüllungszustand des Katalysators kleiner oder gleich dem vorbestimmten zweiten Wert ist.
Zum Anpassen des Motorbetriebs an den aktuellen Zustand des Katalysators umfasst in Schritt (6) die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators ein Erhöhen oder Erniedrigen des Lambdawertes der Gemischzusammensetzung. Hierbei wird beispielsweise der Lambdawert der Gemischzusammensetzung soweit erhöht bzw. erniedrigt, dass von einer unterstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (fett, λ < 1, sauerstoffarm) zu einer überstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (mager, λ > 1, sauerstoffreich) bzw. von einer überstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (mager, λ > 1, sauerstoffreich) zu einer unterstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (fett, λ < 1, sauerstoffarm) gewechselt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Schritt (1) für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt. In Schritt (6) umfasst die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators eine Verlängerung oder eine Verkürzung der vorbestimmten Zeitdauer.
Zweckmäßigerweise werden die Schritte (2) und (3a) gleichzeitig ausgeführt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst in Schritt (6) die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators eine Veränderung von Zündwinkel, Luft- und/oder Einspritzmenge, Nockenwellenverstellung, Sekundärluftmassenstrom und/oder Verbrennungsluftverhältnis.
Zweckmäßigerweise wird in Schritt (2) die Sauerstoffbefüllung begleitend zu Schritt (1) bestimmt, insbesondere gerechnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (2) das Signal wenigstens einer Lambdasonde verwendet.
Zweckmäßigerweise wird in Schritt (4) das Signal wenigstens einer Lambda-Sonde verwendet, welche derart betrieben wird, dass diese ein verwertbares Signal abgibt, obwohl an ihrer Einbaustelle die Taupunkt-Temperatur noch nicht überschritten ist.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Durch die Verfahrensschritte (2) bis (4) ist das Verfahren unabhängig von der Gemischzusammensetzung bei Schritt (1). Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch dergestalt, dass bereits Schritt (1) so durchgeführt wird, dass am Ende von Schritt (1) die Bedingungen gemäß Schritt (3a) erfüllt sind, so dass direkt mit Schritt (4) fortgefahren werden kann.
Idealerweise werden die Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators in Schritt (1) daher dergestalt durchgeführt, dass das Abgas, welches in den Katalysator einströmt, im Wesentlichen (zumindest aber vor Beendigung der Maßnahme) überstöchiometrisch bzw. unterstöchiometrisch ist, d.h. einen Sauerstoffüberschuss oder -mangel aufweist.
Eine Beaufschlagung des Katalysators mit sauerstoffreichem (mageren, überstöchiometrischen) Abgas hat den Vorteil, dass heutige Katalysatoren unter diesen Gemischbedingungen frühzeitiger eine gewisse Konvertierungsaktivität erreichen.
Ein Nebeneffekt der Beaufschlagung mit Sauerstoffüberschuss ist es, dass der bereits aktivierte Sauerstoffspeicher sich mit Sauerstoff füllt. Wenn alternativ der Katalysator mit unterstöchiometrischem Abgas beaufschlagt wurde, wird der bei Ende der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators (Schritt (1)) bereits aktivierte Sauerstoffspeicher von Sauerstoff geleert sein, d.h. eine entsprechende Menge Sauerstoff aufnehmen können.
Daher ist es zum einen aus Emissionsgründen besonders vorteilhaft, wie unter (4) beschrieben, unmittelbar nach Beendigung der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators diesen mit einem Gemisch zu beaufschlagen, welches entsprechend dem SauerstoffBefüllungszustand des Katalysators für eine Zufuhr oder einen Austrag von Sauerstoff im Katalysator sorgt. Denn nur bei unterstöchiometrischen Bedingungen kann an heutigen Drei-Wege-Katalysatoren auch eine NO_x-Konvertierung erfolgen. Daher muss der Katalysator bei gefülltem Sauerstoffspeicher zur Emissionsoptimierung zumindest teilweise von seinem gespeicherten Sauerstoff geleert werden. Umgekehrt kann nur bei überstöchiometrischen Bedingungen an heutigen Drei-Wege-Katalysatoren auch eine HC-/CO-Konvertierung erfolgen. Daher muss der Katalysator bei geleertem Sauerstoffspeicher zur Emissionsoptimierung zumindest teilweise mit Sauerstoff befüllt werden.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wie unter (5) beschrieben, unmittelbar nach Beendigung der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators, d.h. zu einem Zeitpunkt wo von einer gerade erfolgten Aktivierung des Katalysators ausgegangen werden darf, den aktivierten Sauerstoffspeicher zu vermessen, da dieser dann ein direktes Maß über die Wirksamkeit der durchgeführten Maßnahmen darstellt.
Die Schritte (2) bis (4) werden im wesentlichen zeitgleich durchgeführt.
Die Zeitangabe „unmittelbar“ in Schritt (3a) umfasst dabei, dass bevorzugt Schritt (4) zeitlich direkt anschließend an Schritt (1) durchgeführt wird, jedoch umfasst ist es auch, Schritt (4) zu einem Zeitpunkt nach Beendigung von Schritt (1) durchzuführen, welcher durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: zeitlich kurz nach (1) so dass der Zustand des Katalysators bei Schritt (3a) und Schritt (4) noch wirkungsmäßig dem Zustand nach Schritt (1) zugeordnet werden kann, wobei der definierte Zeitpunkt der Durchführung von Schritt (3a) abhängig ist von motorischen Einstellungen vor oder während Schritt (1) oder definierten Betriebszeiten des Motors oder durchgesetzten Wärmeenergien oder Zeitpunkten der Betriebsbereitschaft von Lambdasonden der Abgasanlage oder entsprechend äquivalenten Größen.
Die erfindungsgemäße Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustandes gemäß Schritt (2) und Schritt (3a) kann z.B. durch Auswertung von Signalen von Lambdasonden durchgeführt werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass die Signale der Lambdasonde vor und/oder nach dem Katalysator für eine vorgegebene Zeit und/oder durchgesetzte Abgas- oder Luftmenge oberhalb bzw. unterhalb vorgegebener Schwellwerte ist/sind, welche indizieren, dass der Katalysator bereits zum überwiegenden möglichen Teil mit Sauerstoff gefüllt oder von Sauerstoff geleert ist. Alternativ kann anstelle eines gemessenen Lambda-Wertes auch ein motorisch voreingestellter Lambda-Wert verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird nun gemäß (5) durch Auswertung der durchgesetzten Überschussmenge reduzierender oder oxidierender Abgasbestandteile die bereits im Katalysator aktivierte Sauerstoffmenge ermittelt und gemäß (6) zur Beeinflussung der Intensität der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators genutzt.
Zur Verminderung von Emissionen kann bei Schritt (5) vorgesehen werden, die Beaufschlagung des Katalysators mit dem Gemisch gemäß Schritt (4) nicht solange durchzuführen, bis die Lambdasonde hinter dem Katalysator die entsprechende Gemischveränderung stromab des Katalysators anzeigt, sondern nur solange, bis eine zur Bewertung des aktivierten Sauerstoffspeichers hinreichende Menge an reduzierenden bzw. oxidierenden Abgasbestandteilen durchgesetzt wurde. Aus der Information, dass eine vorgegebene Mindestmenge von Sauerstoff vom Katalysator umgesetzt werden konnte, ohne dass die stromabwärts angeordnete Lambdasonde bereits einen entsprechenden Gasdurchbruch verzeichnet, kann darauf geschlossen werden, dass mindestens diese vorgegebene Mindestmenge an Sauerstoffspeicher bereits aktiviert ist, was ebenfalls den Rückschluss auf die entsprechende Wirksamkeit der durchgeführten Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators erlaubt.
Besonders vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist es, dass die dergestalt ermittelte Sauerstoffmenge besonders repräsentativ für das durch die Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators erreichte Niveau der Katalysatoraktivierung ist. Besonders vorteilhaft ist an dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass durch das Beaufschlagen des Katalysators mit einem definierten, fetten oder mageren Gemisch, wie in Schritt (4) beschrieben, keine streuungsbehaftete und emissionsverschlechternde Zwangsanregung des Gemisches erforderlich ist, sondern eine repräsentative, reproduzierbare Gemischeinstellung gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch das Beenden des Sauerstoff-Messvorganges mittels des Sondensignals oder dem vorherigen Abbruch gewährleistet wird, dass keine Emissionsverschlechterung eintritt, was bei einer Zwangsanregung nicht zwingend gewährleistet ist. Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Systemen angewendet werden kann, bei welchen die Lambdasonde nicht im Katalysator angeordnet ist. Auch ist die erfindungsgemäße Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustandes am Ende der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators sowie die bevorzugte Ausgestaltung dahingehend, dass bereits die Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators mit einer definierten über- oder unterstöchiometrischen Gemischzusammensetzung durchgeführt werden, besonders vorteilhaft, sowie auch die Auswahl einer fetten oder mageren motorischen Gemischeinstellung gemäß Schritt (3) und Schritt (4).
Unter einer Veränderung der Intensität der Maßnahmen zur Steigerung der Temperatur des Katalysators gemäß Schritt (6) ist außer einer Veränderung des Gesamt-Wärmeenergieeintrages erfindungsgemäß ebenfalls eine mögliche Veränderung der motorischen Einstellungen bei der Durchführung der Maßnahmen umfasst, beispielsweise die Veränderung von Zündwinkel, Luft- und/oder Einspritzmenge, Nockenwellenverstellung, Sekundärluftmassenstrom, Verbrennungsluftverhältnis, Dauer der Maßnahme.
Das Verfahren gemäß Schritt (4) setzt voraus, dass zu diesem Zeitpunkt die Lambdasonde hinter dem Katalysator bereits betriebsbereit ist. Daher verwendet das Verfahren eine Lambdasonde, welche in einer Position verbaut ist, welche eine entsprechend frühzeitige Beheizung ohne Gefahr der Beschädigung durch Wasserschlag ermöglicht, oder dass ein Verfahren verwendet wird, welches den Betrieb der Lambdasonde dergestalt ermöglicht, dass diese ohne Gefahr der Beschädigung ein verwertbares Signal bereitstellt trotz möglicher Anwesenheit flüssigen Wassers, oder dass eine Lambdasonde verwendet wird welche unempfindlich gegenüber Wasserschlag ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die notwendige Aufheizintensität angepasst an den tatsächlichen Zustand des Katalysators durch Bestimmung und Bewertung der Katalysatoraktivität nach Beendigung der Aufheizmaßnahme ermittelt.

Claims

Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten, (1) Ausführen von Maßnahmen zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators; (2) Bestimmen eines Sauerstoffbefüllungszustandes des Katalysators, welcher sich am Ende von Schritt (1) einstellt; (3) Abhängig vom Ergebnis aus Schritt (2) Festlegung einer fetten oder mageren motorischen Gemischeinstellung; (3a) unmittelbarer Übergang zu Schritt (4), wenn der bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand indiziert, dass der Katalysator bereits zum überwiegenden möglichen Teil mit Sauerstoff gefüllt oder von Sauerstoff geleert ist, andernfalls bis dahin Betreiben des Motors und Beaufschlagung des Katalysators mit der in Schritt (3) festgelegten Abgasgemischzusammensetzung und fortlaufende Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustandes; (4) Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer fetten Gemischzusammensetzung (λ < 1), wenn in Schritt (3) eine magere Gemischeinstellung (λ > 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten dritten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge reduzierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat, oder Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer mageren Gemischzusammensetzung (λ > 1), wenn in Schritt (3) eine fette Gemischeinstellung (λ < 1) für Schritt (1) ermittelt wurde, bis eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde einen vorbestimmten vierten Wert einer Gemischzusammensetzung stromab des Katalysators signalisiert oder bis eine vorbestimmte Menge oxidierender Abgasbestandteile den Katalysator durchströmt hat, wobei die Lambda-Sonde beim Betreiben der Brennkraftmaschine mit der fetten bzw. mageren Gemischzusammensetzung derart betrieben wird, dass die Lambda-Sonde ein verwertbares Signal abgibt, auch wenn an ihrer Einbaustelle die Taupunkt-Temperatur noch nicht überschritten ist; (5) Bestimmen einer in dem Katalysator speicherbaren Sauerstoffmenge mittels Auswertung der in Schritt (4) durchgesetzten Überschussmenge reduzierender oder oxidierender Abgasbestandteile und (6) Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators für Schritt (1) in Abhängigkeit von der in Schritt (5) ermittelten speicherbaren Sauerstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (1) ein Einbringen von Abgas in den Katalysator mit Sauerstoffüberschuss (überstöchiometrisch, λ > 1) oder Sauerstoffmangel (unterstöchiometrisch, λ < 1) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (1) solange mit einer mageren Gemischeinstellung (λ > 1) ausgeführt wird, bis der Sauerstoffbefüllungszustand des Katalysators größer oder gleich dem vorbestimmten ersten Wert ist oder dass Schritt (1) mit einer fetten Gemischeinstellung (λ < 1) ausgeführt wird, bis der Sauerstoffbefüllungszustand des Katalysators kleiner oder gleich dem vorbestimmten zweiten Wert ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (6) die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators ein Erhöhen oder Erniedrigen des Lambdawertes der Gemischzusammensetzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdawert der Gemischzusammensetzung soweit erhöht bzw. erniedrigt wird, dass von einer unterstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (fett, λ < 1, sauerstoffarm) zu einer überstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (mager, λ > 1, sauerstoffreich) bzw. von einer überstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (mager, λ > 1, sauerstoffreich) zu einer unterstöchiometrischen Gemischzusammensetzung (fett, λ < 1, sauerstoffarm) gewechselt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (1) für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (6) die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators eine Verlängerung oder eine Verkürzung der vorbestimmten Zeitdauer umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (2) und (3) gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (6) die Veränderung der Maßnahme zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators eine Veränderung von Zündwinkel, Luft- und/oder Einspritzmenge, Nockenwellenverstellung, Sekundärluftmassenstrom, Wärmemenge und/oder Verbrennungsluftverhältnis umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (2) die Sauerstoffbefüllung begleitend zu Schritt (1) bestimmt, insbesondere gerechnet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (2) das Signal wenigstens einer Lambdasonde verwendet wird.