DE102013007713A1

DE102013007713A1 - Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Fahrzeugs und Abgasanlage

Info

Publication number: DE102013007713A1
Application number: DE102013007713.3A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Hertzberg Andreas; Dr. Keppeler Berthold
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-05-04
Filing date: 2013-05-04
Publication date: 2014-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) eines Fahrzeugs, bei welchem in Abhängigkeit von einem Abstellen eines Verbrennungsmotors (12) des Fahrzeugs Kraftstoff in das Abgas eingebracht wird. Wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) der Abgasanlage (10) wird mit dem den Kraftstoff enthaltenden Abgas beaufschlagt, und ein stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) angeordnetes Aufstauelement (32) wird zumindest teilweise geschlossen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage (10) eines Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Fahrzeugs. Hierbei wird in Abhängigkeit von einem Abstellen eines Verbrennungsmotors des Abgas mit einer unterstöchiometrischen Zusammensetzung bereitgestellt. Wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der Abgasanlage wird mit dem unterstöchiometrischen Abgas beaufschlagt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage eines Fahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur nachmotorischen Minderung von Stickoxiden bei mager betriebenen Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, SCR-Katalysatoren oder NOx-Speicher-Katalysatoren (NSK) einzusetzen. Ein NOx-Speicher-Katalysator ist in der Lage, eine bestimmte Menge an Stickoxiden zu speichern. Mit zunehmendem Füllstand des Speichers nimmt jedoch die Speicherfähigkeit ab, und der NOx-Schlupf nach dem Katalysator steigt an. Daher ist in periodischen Abständen eine Entleerung des Speichers, also dessen Regeneration, erforderlich. Dies erfolgt durch Beaufschlagen des NOx-Speicher-Katalysators mit einer unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung, also mit Abgas, welches unverbrannte, oxidierbare Substanzen enthält. Für eine wirksame Regeneration des NOx-Speicher-Katalysators sollte der Speicher-Katalysator eine Mindesttemperatur aufweisen, welche typischerweise oberhalb von 200°C liegt.
Eine Speicherung von Stickoxiden kann dagegen bereits bei Temperaturen unter 200°C erfolgen, also bereits vergleichsweise früh nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors. Um die anspruchsvollen gesetzlichen Emissionsgrenzwerte erreichen zu können, ist daher nach dem Kaltstart eine möglichst hohe Speicherfähigkeit des Speicher-Katalysators günstig. Dies erfordert einen möglichst niedrigen Füllstand des NOx-Speichers. Da jedoch üblicherweise die Temperatur des Speicher-Katalysators nach dem Kaltstart für eine wirksame Regeneration noch nicht ausreicht, ist der nach dem Kaltstart vorliegende Füllstand von der NOx-Menge abhängig, welche seit der letzten Regeneration in diesem aufgrund des vorangegangenen Betriebs des Verbrennungsmotors gespeichert wurde.
Üblicherweise hat beim Kaltstart des Verbrennungsmotors der Speicherkatalysator also einen gewissen Stickoxid-Füllstand, da das Abstellen des Verbrennungsmotors im Allgemeinen nicht vorhersehbar ist und somit nicht kurz vor dem Abstellen gezielt eine Regeneration durchgeführt werden kann. Dies ist jedoch nachteilig für die Emissionsminderung nach dem anschließenden Kaltstart.
Aus der US 2008/0314020 A1 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, während des Abstellens eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs Kraftstoff in das Abgas einzubringen. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich der Verbrennungsmotor auch nach seinem Abstellen noch kurz dreht. Die zugegebene Kraftstoffmenge wird hierbei so bemessen, dass eine direkte Emission von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in die Umgebung vermieden wird.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Verfahren und Vorrichtungen zur nachmotorischen Kraftstoffdosierung bekannt, welche meist dazu dienen, die für den Abbrand des in einem Partikelfilter gesammelten Rußes erforderliche Abgastemperatur zu erreichen. Hierbei wird üblicherweise der stromabwärts des Verbrennungsmotors dosierte Kraftstoff mittels eines Oxidationskatalysators oxidiert, und durch die dabei entstehende Exothermie steigt die Abgastemperatur. Voraussetzung hierfür ist eine ausreichend hohe Temperatur des Oxidationskatalysators, um die Kohlenwasserstoffe oxidieren zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem beziehungsweise mittels welcher sich auf besonders einfache Art und Weise eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnetes Aufstauelement zumindest teilweise geschlossen. Durch das Schließen des Aufstauelements wird das Abgas in der Abgasanlage zurückgehalten, welches eine unterstöchiometrische Zusammensetzung aufweist, und es entweicht nicht in die Umgebung. Hierdurch ist eine besonders lange Verweildauer des unterstöchiometrischen Abgases in der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht, ohne dass hierzu ständig zusätzlicher Kraftstoff in das Abgas eingebracht zu werden braucht. Dadurch lässt sich eine besonders lange effektive und für die Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung nutzbare Dauer der Beaufschlagung derselben mit dem unterstöchiometrischen Abgas erreichen. Unter einem Abgas mit unterstöchiometrischer Zusammensetzung bzw. vereinfacht einem unterstöchiometrischen Abgas, ist dabei ein Abgas zu verstehen, welches einen stöchiometrischen Überschuss von reduzierend wirkenden Bestandteilen wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Wasserstoff (H₂) gegenüber oxidierenden Bestandteilen, insbesondere Sauerstoff (O₂) aufweist.
Ohne das, insbesondere vollständige, Schließen des Aufstauelements würde hingegen das an an den reduzierend wirkenden Bestandteilen reiche, unterstöchiometrische Abgas nach vergleichsweise kurzer Verweildauer in der Abgasnachbehandlungseinrichtung in die Umgebung entweichen. Für eine wirksame Regeneration wäre dann beispielsweise eine Dosierung einer besonders großen Kraftstoffmenge erforderlich, was einen Anstieg der Emissionen an reduzierenden Bestandteilen und eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hätte. Diese Nachteile lassen sich jedoch vorliegend vermeiden.
Des Weiteren lässt sich durch das Beaufschlagen der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem unterstöchiometrischen Abgas über eine vergleichsweise lange Zeitspanne hinweg auch sehr rasch nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors die sogenannte Light-Off-Temperatur erreichen. Die Anspringtemperatur eines Katalysators, ab welcher dieser wirksam wird und hohe Konversionsraten aufweist wird also rasch erreicht. Die Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird nämlich schneller erreicht, wenn vor dem Kaltstart zumindest kurzzeitig eine Beaufschlagung derselben mit Abgas unterstöchiometrischer Abgaszusammensetzung eingestellt wurde. Hierbei ist die Light-Off-Temperatur nach dem Kaltstart davon abhängig, wie lange vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors der letzte unterstöchiometrische Betrieb erfolgt ist.
Es kann insbesondere in eine als Stickoxid-Speicher-Katalysator ausgebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit vom Abstellen des Verbrennungsmotors das unterstöchiometrische Abgas eingebracht werden. Dann wird der Speicherkatalysator regeneriert, d. h. von eingespeicherten Stickoxiden wenigstens teilweise befreit und er erreicht besonders rasch nach einem anschließenden Kaltstart seine Anspringtemperatur.
Zur nachmotorischen Verringerung des Gehaltes von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) im Abgas werden insbesondere bei Dieselmotoren jedoch auch Dieseloxidations-Katalysatoren (DOC) eingesetzt. Diese oxidieren CO und HC zu CO₂ und H₂O, sobald die Light-Off-Temperatur, also die Temperatur-Untergrenze für das Einsetzen der katalytischen Wirksamkeit erreicht wird. Die typische Light-Off-Temperatur beträgt hierbei je nach Katalysatortechnologie und Alterungszustand für CO etwa 150°C bis 180°C und für HC circa 200°C bis 250°C.
Da typische Beschichtungen von Stickoxid-Speicher-Katalysatoren unter anderem ähnliche Komponenten enthalten wie die Beschichtungen von Oxidations-Katalysatoren (vor allem Edelmetalle wie Pt und Pd), kann ein Stickoxid-Speicher-Katalysator auch die Funktion eines Oxidations-Katalysators übernehmen. In diesem Fall hat dann der Stickoxid-Speicher-Katalysator die Aufgabe, die nachmotorische Minderung von NOx, CO und HC sicherzustellen. Hier bewirkt dann das Beaufschlagen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem unterstöchiometrischen bzw. Kraftstoff enthaltenden. Abgas, also eine sogenannte Fettaktivierung, auch eine Aktivitätssteigerung der Eigenschaften der Abgasnachbehandlungseinrichtung im Hinblick auf die Oxidation von CO und HC.
Sowohl für eine besonders weitgehende NOx-Speicherfähigkeit eines Stickoxid-Speicher-Katalysators und für eine besonders geringe Light-Off-Temperatur im Hinblick auf die Oxidation von CO und HC eines Stickoxid-Speicher-Katalysators oder Oxidations-Katalysators vor allem direkt nach dem Start ist es daher günstig, wenn im vorangegangenen Betrieb des Verbrennungsmotors, wenn also die Abgasnachbehandlungseinrichtung noch eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, kurz vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors oder beim Abstellen ein unterstöchiometrischer Betrieb erfolgt.
Dies wird durch das vorliegend beschriebene Verfahren erreicht. Dadurch kann beispielsweise darauf verzichtet werden, besonders häufig einen unterstöchiometrischen Betrieb zu realisieren, also die maximal mögliche Betriebsdauer seit der letzten Regeneration zu begrenzen. Die damit verbundenen Nachteile im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen an HC und CO werden somit vermieden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, etwa durch Einbringen von Kraftstoff, unterstöchiometrisches Abgas bereitgestellt und die Abgasnachbehandlungseinrichtung damit beaufschlagt, während eine Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors abnimmt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es in der kurzen Phase des Motorabstellens möglich ist, eine Konditionierung von Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie einem Stickoxid-Speicher-Katalysator und/oder einem Oxidations-Katalysator beziehungsweise eine Regeneration eines Stickoxid-Speicher-Katalysators durchzuführen, um eine besonders hohe Aktivität nach dem nächsten Kaltstart sicherzustellen.
Hierbei wird ausgenutzt, dass die Motordrehzahl nach dem Drehen eines Zündschlüssels oder dem Drücken einer Start-/Stopptaste nicht schlagartig auf Null sinkt. Vielmehr dreht sich der Kurbeltrieb des Verbrennungsmotors aufgrund seines Trägheitsmoments noch einige Umdrehungen, bevor er zum Stillstand kommt. Wird während dieses Abnehmens der Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors unterstöchiometrisches Abgas bereitgestellt, so wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung regeneriert beziehungsweise für das rasche Erreichen der Light-Off-Temperatur nach einem anschließenden Kaltstart konditioniert. So lässt sich besonders einfach sicherstellen, dass die wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung über eine vergleichsweise lange Zeitspanne hinweg mit dem die unterstöchiometrische Zusammensetzung aufweisenden Abgas beaufschlagt wird.
Des Weiteren kann durch gezielte Ansteuerung des Aufstauelements während des Abstellvorgangs bei unterstöchiometrischer Abgaszusammensetzung des Abgases die Dauer eingestellt werden, während welcher die unterstöchiometrische Atmosphäre an der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt. Hierbei kann insbesondere die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt werden, da bei niedrigerer Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine längere Dauer zum Regenerieren vorzusehen ist.
Zur Bereitstellung eines unterstöchiometrischen Abgases können unterschiedliche Mittel genutzt werden. Beispielsweise können eine Dosiereinrichtung zur nachmotorischen Kraftstoffdosierung oder eine späte, nicht verbrennende motorische Nacheinspritzung aktiviert werden. Jedoch ist auch eine Kombination aus beiden Möglichkeiten dafür geeignet, kurzzeitig, insbesondere während des Abstellens des Verbrennungsmotors, eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge in das Abgas einzubringen, um eine unterstöchiometrische Zusammensetzung des Abgases zu erreichen. Zusätzlich kann die Frischluftzufuhr zum Verbrennungsmotor mittels einer Drosselklappe reduziert werden, um das unterstöchiometrische Milieu an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung einzustellen. Des Weiteren kann der unterstöchiometrische Betrieb durch das Zuschalten von AGR unterstützt werden.
Das Zudosieren von Kraftstoff unmittelbar stromaufwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht eine besonders hohe Dynamik beim Einbringen des Kraftstoffs in das Abgas. Diese beinhaltet insbesondere einen nahezu verzögerungsfreien Beginn der Kraftstoffdosierung unmittelbar nach dem Ansteuern der Dosiereinrichtung oder Dosiereinheit. Dies erlaubt es insbesondere, die vergleichsweise kurze Phase des Abnehmens der Drehzahl nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors besonders weitgehend zu nutzen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine stromaufwärts des Aufstauelements von einem Abgasstrang der Abgasanlage abzweigende Abgasrückführungsleitung freigegeben wird, während das Aufstauelement zumindest teilweise geschlossen wird. Dadurch wird das Abgas mit der unterstöchiometrischen Zusammensetzung quasi im Kreislauf geführt, und es wird sichergestellt, dass das den Kraftstoff enthaltende bzw. das unterstöchiometrische Abgas die wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung tatsächlich vollständig durchströmt. So ist ein besonders intensiver Kontakt der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem Abgas unterstöchiometrischer Zusammensetzung sichergestellt.
Das Freigeben der Abgasrückführungsleitung kann insbesondere durch Öffnen eines entsprechenden, in der Abgasrückführungsleitung angeordneten Ventils erfolgen. Das Freigeben der Abgasrückführungsleitung bei zeitgleich erfolgendem Schließen des Aufstauelements ermöglicht ein besonders einfaches und vorteilhaftes Einregeln der zeitlichen Dauer der Beaufschlagung der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem Abgas, welches die unterstöchiometrische Zusammensetzung hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Abstellen des Verbrennungsmotors durch eine Steuerungseinrichtung des Fahrzeugs bewirkt, wenn das Fahrzeug steht. Ein solches automatisches Abstellen des Verbrennungsmotors durch die Steuerungseinrichtung im Verlauf eines Fahrbetriebs wird auch als Start-Stopp-Betrieb bezeichnet. Insbesondere bei einem solchen automatischen Abstellen des Motors lässt sich mit einer besonders geringen Zeitverzögerung der Kraftstoff in das Abgas einbringen, da der genaue Zeitpunkt des Abstellens bekannt ist. Außerdem besteht so die Möglichkeit, die Regeneration beziehungsweise Konditionierung der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung häufiger als lediglich bei der Beendigung einer Fahrt des Fahrzeugs durchzuführen. Hierdurch können anderweitige Regenerationen, welche während des Fahrbetriebs stattfinden und zum Entleeren des Speichers eines Stickoxid-Speicher-Katalysators genutzt werden, durch das Regenerieren während des automatischen Abstellens des Verbrennungsmotors ersetzt werden.
Zudem bietet insbesondere die Nutzung des Start-Stopp-Betriebs die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor gezielt einige Umdrehungen länger laufen zu lassen, bevor das Abstellen erfolgt und bereits während dieser Umdrehungen Kraftstoff in das Abgas einzubringen. Es kann also vorteilhaft das Abstellen des Verbrennungsmotors durch die Steuerungseinrichtung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne bewirkt werden. Um diese Zeitspanne erhöht sich dann die zur Realisierung der Regeneration beziehungsweise dem Konditionieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Verfügung stehende Zeit. Einem Nutzer des Fahrzeugs wird eine solche Verzögerung beim Abstellen des Verbrennungsmotors in der Regel gar nicht auffallen. Dies gilt insbesondere, wenn die vorbestimmte Zeitspanne beispielsweise etwa eine Sekunde oder weniger beträgt. Dennoch wird so eine um zumindest eine Sekunde längere Verweildauer des Abgases in der Abgasnachbehandlungseinrichtung sichergestellt.
Insbesondere beim Nutzen des Start-Stopp-Betriebs zum Einstellen der unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung kann einem Auskühlen der Abgasanlage in den Stoppphasen des Start-Stopp-Betriebs entgegengewirkt werden. Dies sichert eine hohe Aktivität der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Bevorzugt wird für das Abstellen des Verbrennungsmotors von der Steuerungseinrichtung wenigstens ein die Abgasanlage betreffender Parameter berücksichtigt. Es kann also der automatische Stopp-Betrieb mit dem Einbringen des Kraftstoffs in das Abgas gezielt dann genutzt werden, wenn die Abgasanlage betreffende Parameter den unterstöchiometrischen Betrieb für sinnvoll erscheinen lassen. Auslöser für das Abstellen des Motors ist also nicht lediglich die Tatsache, dass das Fahrzeug steht, sondern auch die in Abhängigkeit vom Zustand der Abgasanlage für sinnvoll erachtete Einstellung der unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung.
Ein wichtiges Auslösekriterium ist beispielsweise das Temperaturniveau an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Hier sollte bevorzugt eine Temperatur von 150°C bis 600°C, insbesondere von 200°C bis 400°C vorliegen, damit die beim Abstellen des Verbrennungsmotors vorgenommene Einstellung der unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung zum gewünschten Regenerieren beziehungsweise Konditionieren führt.
Auch in einem weiteren Zusammenhang kann die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt werden, wenn die Steuerungseinrichtung für das Abstellen des Verbrennungsmotors sorgt. Je höher nämlich die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist, desto kürzer ist die zum Regenerieren beziehungsweise Konditionieren notwendige Zeit. Beispielsweise beträgt bei einer Temperatur von 200°C die Zeit für die Regeneration ca. 5 Sekunden und bei einer Temperatur von 400°C circa 2 Sekunden. Dem kann insbesondere beim automatischen Abstellen des Verbrennungsmotors mittels der Steuerungseinrichtung Rechnung getragen werden.
Zusätzlich oder alternativ ist es sinnvoll, einen Beladungszustand eines Stickoxid-Speicher-Katalysators beziehungsweise einen Aktivitätszustand eines Oxidations-Katalysators zu überwachen, um zu erkennen, wann der unterstöchiometrische Betrieb sinnvoll ist. Derartige Zustände können insbesondere mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells prognostiziert und dann gezielt zum Abstellen des Verbrennungsmotors mittels der Steuerungseinrichtung bei stehendem Fahrzeug genutzt werden.
Wenn die Abgasanlage stromabwärts eines Stickoxid-Speicher-Katalysators beziehungsweise eines Oxidations-Katalysators eine im Hinblick auf die selektive katalytische Reduktion (SCR = selective catalytic reduction) aktive Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist, so kann der unterstöchiometrische Betrieb so eingestellt werden, dass neben der Regeneration des Speicher-Katalysators beziehungsweise dessen Fettaktivierung noch Ammoniak gebildet werden kann. Dies gilt insbesondere bei Temperaturen über 300°C. So lässt sich eine besonders weitgehende Abgasreinigung im Hinblick auf Stickoxide erreichen.
Wenn an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders hohe Temperaturen vorliegen, insbesondere Temperaturen von mehr als 500°C, so kann zusätzlich ein Prozess der Verringerung des Schwefelgehalts im Stickoxid-Speicher-Katalysator unterstützt werden, indem der Kraftstoff in das Abgas eingebracht wird.
Ein automatischer Wiederstart des Verbrennungsmotors, also das Inbetriebnehmen des Verbrennungsmotors bei stehendem Fahrzeug mittels der Steuerungseinrichtung, kann insbesondere in Abhängigkeit von einer Zeitdauer des Abgasanfettens bewirkt werden. So kann beim Wiederstart darauf Rücksicht genommen werden, dass die Zeitdauer für die vorgesehene Regeneration beziehungsweise Konditionierung ausreichend war. Dadurch lässt sich vermeiden, dass unkontrolliert unerwünschte Emissionen in die Umwelt gelangen. Zusätzlich ist vermieden, dass unkontrolliert brennfähige oder explosionsfähige Gemische in der Abgasanlage entstehen.
Die für die Regeneration vorzusehende Zeitdauer richtet sich hierbei bevorzugt nach der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung und nach dem, insbesondere mittels eines Modells ermittelten, Zustand derselben beispielsweise im Hinblick auf die gespeicherte Menge an Stickoxiden, die Aktivität in Bezug auf die Oxidation von Abgasbestandteilen und/oder die Beladung mit Schwefel.
Bevorzugt wird beim Abstellen des Verbrennungsmotors und während der Abgasanfettung das Aufstauelement vollständig geschlossen und die Abgasrückführungsleitung vollständig freigegeben. Erfolgt bei derartigen Einstellungen der Abgasanlage ein erneutes Inbetriebnehmen des Verbrennungsmotors, so werden oxidierbare Substanzen dem Verbrennungsmotor wieder über die Abgasrückführungsleitung zugeführt, und sie gelangen nicht als unerwünschte Emissionen in die Umwelt.
In der Abgasrückführungsleitung kann ein Oxidations-Katalysator vorgesehen sein, um eine Versottung der Abgasrückführungsleitung aufgrund der unterstöchiometrischen Zusammensetzung des Abgases zu vermeiden. Zudem können so eventuell während der Regeneration an der Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildete geruchsbelästigende oder giftige Substanzen wie beispielsweise H₂S und/oder NH₃ am Oxidations-Katalysator oxidiert werden, so dass diese nicht in die Umwelt gelangen.
Nach Ablauf der für das Regenerieren vorzusehenden Zeitdauer kann das Aufstauelement wieder geöffnet werden. So kann das Einstellen der unterstöchiometrischen Atmosphäre an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung zeitlich geregelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird auf ein Anfordern des Abstellens des Verbrennungsmotors durch eine Bedienperson hin der Verbrennungsmotor erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne abgestellt, wobei während dieser Zeitspanne Abgasanfettung erfolgt. Es lässt sich also auch bei dem durch Drehen des Zündschlüssels oder Drücken einer Start-/Stopptaste ausgelösten Abstellen des Motors noch ein kurzzeitiges, befeuertes Weiterdrehen des Verbrennungsmotors realisieren, um hierdurch eine längere Zeitdauer für die Regeneration beziehungsweise Konditionierung zur Verfügung zu haben. So kann besonders sicher eine besonders weitgehende Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise deren Fettaktivierung für das schnelle Erreichen der Anspringtemperatur nach dem Kaltstart sichergestellt werden.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Bereitstellung von unterstöchiometrischem Abgas bzw. die Beaufschlagung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit diesem beendet wird, bevor eine Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors auf Null abgefallen ist. Wenn nämlich beispielsweise kein Kraftstoff mehr in das Abgas eingebracht wird, so wird aufgrund des Ansaugens von Frischluft mittels des sich noch drehenden Verbrennungsmotors die Abgasanlage praktisch mit Luft gespült. Selbst wenn bei geschlossenem Aufstauelement die Abgasrückführungsleitung freigegeben ist, werden nämlich zudosierter Kraftstoff und Kohlenmonoxid an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung umgesetzt. Folglich wird allenfalls eine geringfügige Menge an unverbrannten Substanzen dem Verbrennungsmotor über die Abgasrückführungsleitung wieder zugeführt.
Durch das Spülen der Abgasanlage mit Luft kann zum Beispiel die Kondensation von noch nicht oxidierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere an einer Dosierstelle oder in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, vermieden werden. Außerdem kann so, wie auch durch entsprechende Regulierung der Menge des eingebrachten Kraftstoffs, besonders einfach sichergestellt werden, dass sich beim Abstellen des Verbrennungsmotors oder nach dem Abstellen kein zündfähiges Gemisch in der Abgasanlage befindet.
Wenn sauerstoffreiches Abgas durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung strömt, wird eine exotherme Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid an der Abgasnachbehandlungseinrichtung unterstützt. Dies hilft dabei, eine unerwünschte Auskühlung der Abgasnachbehandlungseinrichtung während des Abstellens des Verbrennungsmotors zu verringern. Dies gilt insbesondere im Start-Stopp-Betrieb.
Während die Abgasanlage mit Luft gespült wird, kann das Aufstauelement weiterhin geschlossen bleiben. Es kann jedoch auch gezielt geöffnet werden, da dann kein Austreten von Emissionen in nennenswertem Ausmaß in die Umgebung zu befürchten ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird unterstöchiometrisches Abgas überhaupt erst bereitgestellt bzw. die Abgasnachbehandlungseinrichtung mit diesem beaufschlagt, wenn eine Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors bereits auf Null abgefallen ist. Auch bei stehendem Verbrennungsmotor können nämlich zumindest für eine begrenzte Zeit unterstöchiometrische Verhältnisse an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung durch Schließen des Aufstauelements eingestellt werden. Das geschlossene Aufstauelement verhindert hierbei, dass das unterstöchiometrische Abgas in die Umgebung ausströmt, oder es wird zumindest das Ausströmen des Abgases in die Umgebung verzögert. Dies gilt insbesondere, wenn auch ein Ventil einer Abgasrückführungsleitung geschlossen bleibt, während das Aufstauelement in seine Geschlossenstellung verbracht ist. Für das Einbringen des Abgases mit unterstöchiometrischer Zusammensetzung in die wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung sorgt hierbei insbesondere der in der Abgasanlage beim Abstellen des Verbrennungsmotors vorhandene Überdruck. Erleichtert wird hierbei die Beaufschlagung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem angefetteten Abgas insbesondere, wenn das Aufstauelement geschlossen wird, bevor die Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors vollständig auf Null abgefallen ist.
Wenn bei stehendem Verbrennungsmotor das Einbringen des Kraftstoffs in das Abgas erfolgt, so kann nach einer für die Regeneration beziehungsweise Konditionierung ausreichend langen Zeitspanne das Aufstauelement wieder geöffnet werden. Dies ermöglicht ein Ausströmen des Abgases mit unterstöchiometrischer Zusammensetzung. Dadurch kann die Kondensation von nicht oxidierten Kohlenwasserstoffen, etwa an der Dosierstelle oder in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, vermieden werden. Außerdem kann dadurch, sowie auch durch eine entsprechende Regulierung von in das Abgas eingebrachten reduzierenden Bestandteilen, sichergestellt werden, dass sich beim Abstellen des Verbrennungsmotors oder nach dem Abstellen kein zündfähiges Gemisch in der Abgasanlage ansammelt.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einbringung des Kraftstoffs bzw. die unterstöchiometrischen Abgasbedingungen in Abhängigkeit von dem Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgen. So wird sichergestellt, dass es tatsächlich zu einer ausreichenden Umsetzung der Kohlenwasserstoffe an der Abgasnachbehandlungseinrichtung und somit zum Regenerieren kommt.
Bevorzugt entspricht eine hier festgelegte Temperaturschwelle zumindest der Light-Off-Temperatur für Kohlenwasserstoffe. Die entsprechende Temperaturschwelle kann insbesondere von einer Steuerungseinrichtung beim Ansteuern des Aufstauelements berücksichtigt werden, wobei in der Steuerungseinrichtung ein die Temperaturschwelle angebender Datenwert abgelegt ist.
Zusätzlich oder alternativ kann das Einbringen des Kraftstoffs in das Abgas bzw. die Einstellung der unterstöchiometrischen Abgasbedingungen davon abhängig gemacht werden, ob seit einem vorangegangenen entsprechenden Ereignis, beispielsweise einer Regeneration, eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist und/oder eine vorbestimmte Fahrtstrecke zurückgelegt wurde und/oder eine Beladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung um einen vorbestimmten Betrag zugenommen hat. So kann beispielsweise im Falle einer als Stickoxid-Speicher-Katalysators ausgebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung ein errechneter Füllstand des Stickoxid-Speichers als Kriterium herangezogen werden, und es wird ein Mindestfüllstand für die Freigabe des Einbringens des Kraftstoffs in das Abgas bzw. für die Einstellung einer unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung definiert. Auch wenn seit dem letzten Regenerieren beziehungsweise Konditionieren nicht mindestens eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist beziehungsweise eine Mindestfahrstrecke zurückgelegt wurde, kann auf ein Anfetten des Abgases verzichtet werden. Durch solche Maßnahmen kann insbesondere verhindert werden, dass es bei einem vergleichsweise häufigen Abstellen des Verbrennungsmotors zu einer unerwünscht starken Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs kommt.
Als weitere Voraussetzung für das Einbringen des Kraftstoffs in das Abgas bzw. für das Schaffen einer unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung kann geprüft werden, ob der Verbrennungsmotor vor dem Abstellen im Leerlauf betrieben wurde. Entsprechend wird bei einem ungewollten Abwürgen des Verbrennungsmotors keine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung eingestellt. Der Betrieb des Verbrennungsmotors im Leerlauf vor dem Abstellen bringt es aufgrund der im Vergleich zum Betrieb unter Last niedrigen Leerlaufdrehzahl mit sich, dass lediglich ein geringer Abgasmassenstrom vorliegt. Dementsprechend ist schon eine geringe Menge an zudosiertem Kraftstoff ausreichend, um das Abgas anzufetten, also die unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung einzustellen.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors zumindest vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors erhöht wird. Üblicherweise beträgt nämlich die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors eines Kraftwagens etwa 700 bis 900 Umdrehungen pro Minute. Wird jedoch die Leerlaufdrehzahl erhöht, beispielsweise auf Werte von 900 bis 1.100 Umdrehungen pro Minute, so kann besonders gut sichergestellt werden, dass während des Abfallens der Drehzahl nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors das unterstöchiometrische Abgas tatsächlich in die Abgasnachbehandlungseinrichtung gelangt.
Die Anhebung der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors kann auch lediglich dann erfolgen, wenn zumindest eine weitere Bedingung vorliegt, welche für das Anfetten des Abgases berücksichtigt wird. So kann insbesondere vorgesehen sein, das Anheben der Leerlaufdrehzahl davon abhängig zu machen, ob bei Beginn der Leerlaufphase eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, eine Mindestfahrstrecke zurückgelegt wurde oder ob sich bei einem Stickoxid-Speicher-Katalysator seit dem letzten Regenerieren ein Mindestfüllstand des Stickoxid-Speichers eingestellt hat. Ist dies nämlich nicht der Fall und ist es somit nicht sinnvoll, Kraftstoff in das Abgas zu dosieren, so braucht auch die Leerlaufdrehzahl nicht angehoben zu werden. Dies vermeidet unnötige Nachteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs beziehungsweise des akustischen Komforts bei erhöhter Leerlaufdrehzahl.
Die erhöhte Leerlaufdrehzahl kann insbesondere bei einem längeren Stillstand des Fahrzeugs, bei welchem sich dessen Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, von der erhöhten Drehzahl wieder auf die übliche, niedrigere Leerlaufdrehzahl abgesenkt werden. Dann läuft der Verbrennungsmotor nicht mit einer hohen Leerlaufdrehzahl, wenn gar kein Abstellen des Verbrennungsmotors eingeleitet werden soll. Dies kann insbesondere implementiert werden, indem die Leerlaufdrehzahl zeitlich begrenzt erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage eines Fahrzeugs umfasst Mittel zum Bereitstellen eines Abgases eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit unterstöchiometrischer Zusammensetzung. Eine Steuerungseinrichtung dient dem Ansteuern der Mittel in Abhängigkeit von einem Abstellen des Verbrennungsmotors. Die Abgasanlage umfasst wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche mit dem unterstöchiometrischen Abgas beaufschlagbar ist. Die Abgasanlage umfasst des Weiteren ein stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnetes Aufstauelement. Das Aufstauelement ist mittels der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vom Abstellen des Verbrennungsmotors in eine Geschlossenstellung verbringbar, in welcher ein durchströmbarer Querschnitt eines Abgasstrangs der Abgasanlage verringert ist.
Durch das Verbringen des Aufstauelements in die Geschlossenstellung lässt sich besonders gut die zeitliche Dauer einstellen, über welche hinweg aufgrund der Anfettung an der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung vorliegt.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Abgasanlage und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch eine Abgasanlage eines Kraftwagens, bei welcher stromabwärts von Abgasnachbehandlungseinrichtungen eine Aufstauklappe vorgesehen ist, welche geschlossen wird, während beim Abstellen eines Verbrennungsmotors des Kraftwagens Kraftstoff in das Abgas dosiert wird; und
2 in einem Graphen den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors gemäß 1 beim Abstellen desselben sowie eine Zeitspanne, über welche hinweg der Kraftstoff in das Abgas eingebracht wird.
Von einem Kraftwagen ist in 1 schematisch eine Abgasanlage 10 gezeigt. Abgas eines Verbrennungsmotors 12 strömt hierbei über einen Abgaskrümmer 14 in einen Abgasstrang 16, an welchem ein Stickoxid-Speicherkatalysator 18 angeordnet ist, welcher auch die Eigenschaften eines Oxidations-Katalysators aufweisen kann oder als Oxidations-Katalysator ausgebildet sein kann. Stromabwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 ist ein Partikelfilter 20 angeordnet, welcher bevorzugt eine Beschichtung aufweist, die eine Verringerung des Stickoxidgehalts im Abgas durch eine selektive katalytische Reduktionsreaktion (SCR, selektive catalytic reduction) zulässt.
Der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 speichert Stickoxide, wenn der Verbrennungsmotor 12 mager betrieben wird, also mit einem Luftverhältnis λ > 1. Wenn die Speicherfähigkeit des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 erschöpft ist, so wird dieser regeneriert, indem er kurzfristig mit Abgas beaufschlagt wird, welches eine unterstöchiometrische Zusammensetzung hat, also durch kurzzeitiges Anfetten des Abgases.
Um bei einem Kaltstart sicherzustellen, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 eine möglichst große Speicherfähigkeit aufweist, ist es wünschenswert, wenn der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 vor dem Kaltstart regeneriert wurde. Jedoch lässt sich im Allgemeinen nicht vorhersehen, wann ein Fahrer des Kraftwagens den Verbrennungsmotor 12 abstellen wird.
Um dennoch sicherzustellen, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 vor einem Kaltstart eine möglichst große Aufnahmefähigkeit für Stickoxide aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, beim Abstellen des Verbrennungsmotors 12 kurzfristig unterstöchiometrisches Abgas bereitzustellen und den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 mit diesem Abgas zu beaufschlagen. Vorliegend erfolgt dies durch Einbringung von Kraftstoff in das Abgas. Hierfür wird insbesondere eine Dosiereinheit 22 genutzt, welche unmittelbar stromaufwärts des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann über eine Einspritzeinrichtung 24, welche Kraftstoff in Zylinder 26 des Verbrennungsmotors 12 einbringt, das unterstöchiometrische Milieu an den Abgasnachbehandlungseinrichtungen in Form des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 und des Partikelfilters 20 eingestellt werden. Auch kann mittels einer in einem Zuluftstrang 28 des Verbrennungsmotors 12 angeordneten Drosselklappe 30 die Frischluftzufuhr reduziert werden, um das Einstellen des unterstöchiometrischen Milieus am Stickoxid-Speicherkatalysator 18 und am Partikelfilter 20 zu unterstützen.
Zusätzlich wird vorliegend ein Aufstauelement in Form einer Aufstauklappe 32 geschlossen, während durch das Einbringen von Kraftstoff in das Abgas eine unterstöchiometrische Zusammensetzung desselben eingestellt wird. Zugleich wird ein Ventil in einer Abgasrückführungsleitung 34 geöffnet, welche als Niederdruck-Abgasrückführungsleitung ausgebildet ist. Diese Abgasrückführungsleitung 34 zweigt stromabwärts des Partikelfilters 20 und stromaufwärts der Aufstauklappe 32 von dem Abgasstrang 16 ab. Die Abgasrückführungsleitung 34 mündet in eine Ansaugleitung 36, und zwar stromaufwärts des Verdichters eines Abgasturboladers 38.
Durch das Schließen der Aufstauklappe 32 und das zugleich erfolgende Freigeben der Abgasrückführungsleitung 34 wird das Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid enthaltende Abgas in der Abgasanlage 10 zurückgehalten, und es entweicht zunächst nicht in die Umgebung. Limitierend ist hierbei eine nicht vollständig vermeidbare Leckage der Aufstauklappe 32. Jedoch kann durch das Schließen der Aufstauklappe 32 sichergestellt werden, dass der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 über eine für seine Regeneration ausreichend langen Zeitdauer hinweg mit dem angefetteten Abgas beaufschlagt wird.
Dies dient jedoch nicht nur der Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 18. Darüber hinaus ist es nämlich günstig, wenn vor einem Neustart des Verbrennungsmotors 12 am Stickoxid-Speicherkatalysator 18 und/oder bei Ausbildung desselben als Oxidations-Katalysator am Oxidations-Katalysator kurzzeitig eine unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung eingestellt wurde. Durch eine solche Fettaktivierung lässt sich nämlich eine Aktivitätssteigerung der Oxidationseigenschaften des Katalysators erreichen, und der Katalysator erreicht sehr bald nach dem Kaltstart seine Light-Off-Temperatur.
Ohne das bevorzugt vollständige Schließen der Aufstauklappe 32 würde das an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid reiche Abgas nach nur sehr kurzer Verweildauer im Stickoxid-Speicherkatalysator 18 in die Umgebung entweichen. Vorliegend kann jedoch durch das Führen des Abgases mit der unterstöchiometrischen Zusammensetzung im Kreislauf bereits mit einer sehr geringen Menge an Kraftstoff und ohne das Auftreten unerwünschter Emissionen die für das Regenerieren vorzusehende unterstöchiometrische Abgaszusammensetzung im Abgasstrang 16 eingestellt werden.
Das über die Abgasrückführungsleitung 34 rückgeführte Abgas strömt vom Abgasturbolader 38 über einen Ladeluftkühler 40 und weiter über die Drosselklappe 30 hin zum Verbrennungsmotor 12. Um eine Versottung der Abgasrückführungsleitung 34 und des Zulufttrakts 28 zu vermeiden, kann in der Abgasrückführungsleitung ein oxidativ wirkender Katalysator angeordnet sein. Dieser entfernt auch geruchsbelästigende beziehungsweise giftige Substanzen wie beispielsweise H₂S oder NH₃.
Die Dauer des Schließens der Aufstauklappe 32 kann insbesondere von der Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 abhängig gemacht werden. Bei einer höheren Temperatur ist nämlich die vorzusehende Fettzeit kürzer, also die Zeit des Einstellens der unterstöchiometrischen Atmosphäre. Beispielsweise beträgt die Regenerationszeit bei einer Temperatur von 200°C etwa 5 Sekunden und bei einer Temperatur von 400°C etwa 2 Sekunden.
Insbesondere, wenn eine vergleichsweise lange Regenerationszeit vorzusehen ist, ist es sinnvoll, einen Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors 12 zu nutzen. Hierbei sorgt eine Steuerungseinrichtung, etwa in Form eines Steuergeräts 42 für die Motorsteuerung, für das Abstellen des Verbrennungsmotors 12, wenn der Kraftwagen steht. Auch der Wiederstart des Verbrennungsmotors 12 wird über das Steuergerät 42 bewirkt.
Insbesondere bei einem solchen Start-Stopp-System, bei welchem der Verbrennungsmotor 12 nicht auf die Anforderung des Fahrers hin, sondern automatisch abgestellt wird, bietet sich nämlich die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor 12 gezielt einige Umdrehungen länger laufen zu lassen, um mehr Zeit für die Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 zu haben. Dies soll anhand von 2 veranschaulicht werden.
In einem in 2 gezeigten Graphen ist auf einer Abszisse 44 die Zeit t in Sekunden aufgetragen und auf einer ersten Ordinate 46 die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12 in Umdrehungen pro Minute. Eine erste Kurve 48 veranschaulicht den Verlauf der Motordrehzahl. Zu einem Zeitpunkt 49 erfolgt die Anforderung, den Verbrennungsmotor 12 abzustellen. Dies kann durch Drehen eines Zündschlüssels erfolgen oder durch Drücken einer Start/Stopp-Taste durch den Fahrer. Alternativ kann hier das Steuergerät 42 feststellen, dass die im Start-Stopp-Betrieb für das automatische Abstellen des Verbrennungsmotors 12 gegebenen Voraussetzungen vorliegen.
Es wird jedoch der Verbrennungsmotor 12 nicht unmittelbar zum Zeitpunkt 49 abgestellt, sondern um eine gewisse Zeitspanne 50 in Form einer Totzeit verzögert. Während dieser Zeitspanne 50 besteht bereits die Möglichkeit, etwa mittels der Dosiereinheit 22 Kraftstoff in das Abgas einzubringen. Zu berücksichtigen ist allerdings eine vergleichsweise kurze systembedingte Totzeit 52 zwischen dem Zeitpunkt 49 und dem Beginn der Kraftstoffdosierung. Diese Totzeit 52 ist aufgrund der Rechenabläufe im Steuergerät 42 kaum vermeidbar. Nach Ablauf dieser Totzeit 52 beginnt jedoch bereits die Kraftstoffdosierung in die Abgasleitung 16 mittels der Dosiereinheit 22. Der Kraftstoff wird also in einen Bereich des Abgasstrangs 16 zwischen dem Abgasturbolader 38 und dem Stickoxid-Speicherkatalysator 18 in das Abgas eingebracht.
Dieses Dosieren ist in 2 durch eine weitere Kurve 54 veranschaulicht, wobei auf einer zweiten Ordinate 56 im Graphen der Zustand der Kraftstoffdosierung dargestellt ist, welcher aktiv (1) oder inaktiv (0) sein kann. Das eigentliche Abstellen des Verbrennungsmotors 12 erfolgt erst nach Ablauf der Zeitspanne 50 und ist in 2 an einem raschen Abfallen der Motordrehzahl erkennbar. Zudem ist der Abstellvorgang, welcher ebenfalls die Zustände aktiv (1) oder inaktiv (0) annehmen kann, in 2 durch eine weitere Kurve 58 veranschaulicht.
Die Kraftstoffdosierung erfolgt also insgesamt über einen Zeitraum hinweg, welcher in dem Graphen in 2 durch einen Bereich 60 veranschaulicht ist. Hieraus ist auch ersichtlich, dass das Einbringen von Kraftstoff in das Abgas beendet wird, bevor die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 auf Null abgefallen ist. Somit wird vor dem Stillstand des Verbrennungsmotors 12 die Abgasanlage 10 praktisch mit Luft gespült. Der zuvor eingebrachte Kraftstoff wird nämlich am Stickoxid-Speicherkatalysator 18 ebenso wie Kohlenmonoxid umgesetzt, wenn kein Kraftstoff mehr zudosiert wird und somit sauerstoffreiches Abgas vorliegt. Dies verhindert einerseits eine Kondensation von nicht oxidierten Kohlenwasserstoffen etwa an der Dosierstelle, an welcher die Dosiereinheit 22 den Kraftstoff in den Abgasstrang 16 einbringt. Zudem ist so vermieden, dass nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors 12 ein zündfähiges Gemisch in der Abgasanlage 10 auftreten kann. Auch hilft die exotherme Umsetzung von Kraftstoff und Kohlenmonoxid am Stickoxid-Speicherkatalysator 18, eine unerwünschte Auskühlung des Katalysators während des Motorstopps beim Start-Stopp-Betrieb zu verringern.
Wenn die Kraftstoffdosierung wie vorliegend beispielhaft gezeigt bereits kurz vor dem Stillstand des Verbrennungsmotors 12 endet, so kann der dosierte Kraftstoff bis zum endgültigen Motorstillstand den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 beziehungsweise Oxidations-Katalysator passieren und zu unschädlichem CO₂ und H₂O umgesetzt werden. Der Zeitpunkt für das Ende der Kraftstoffdosierung kann hierbei durch das Unterschreiten einer Mindest-Motordrehzahl oder durch das Erreichen einer vorgegebenen Dosierdauer festgelegt werden.
Um die systembedingte Totzeit 52 besonders gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn ein vergleichsweise geringer geometrischer Abstand zwischen der Dosierstelle der Dosiereinheit 22 und dem Stickoxid-Speicherkatalysator 18 vorgesehen ist. Um eine ausreichende Vermischung von Abgas und Kraftstoff zu gewährleisten, ist ein Abstand von beispielsweise 5 Zentimetern bis 15 Zentimetern vorteilhaft. Ein wesentlich größerer Abstand ist jedoch ungünstig, da sonst der Zeitverzug zwischen dem Dosierbeginn und dem Einsetzen der Regeneration beziehungsweise dem Konditionieren des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 beziehungsweise Oxidationskatalysators recht groß wird.
Um das verfügbare Zeitfenster zu vergrößern, kann jedoch die Zeitspanne 50 zwischen der Anforderung des Abstellens des Verbrennungsmotors 12 und dem Abstellen der Kraftstoffzufuhr in den Brennraum des Verbrennungsmotors 12 auf etwa eine halbe Sekunde bis eine Sekunde eingestellt werden. Eine solche Verzögerung wird der Fahrer des Kraftwagens kaum bemerken, so dass Fehlbedienungen durch den Fahrer besonders sicher ausgeschlossen werden können.
Erfolgt das Anfordern des Abstellens des Verbrennungsmotors 12 jedoch nicht durch den Fahrer, sondern sorgt das Steuergerät 42 für das Abstellen desselben, so lässt sich das Einstellen der für die Regeneration förderlichen längeren Zeitspanne 50 vor dem eigentlichen Abstellen des Verbrennungsmotors 12 besonders gut umsetzen. Hierbei können dann auch Werte für die Dauer der Zeitspanne 50 von einer Sekunde und mehr verwendet werden, ohne dass dies für den Fahrer als störend empfunden werden dürfte.
Insbesondere, wenn die Start-Stopp-Automatik genutzt wird, um beim Abstellen des Verbrennungsmotors 12 den Kraftstoff in das Abgas einzubringen, ist es sinnvoll für die Durchführung dieser Prozedur Randbedingungen zu beachten, etwa das Verstreichen einer bestimmten Mindestdauer seit der letzten Regeneration oder das Zurücklegen einer Mindestfahrstrecke. Bei Ausbildung des Katalysators als Stickoxid-Speicherkatalysator 18 kann auch das Vorliegen eines Mindestfüllstands, also eines Mindestgehalts an Stickoxiden im Katalysator seit der letzten Regeneration als Kriterium herangezogen werden.
Durch das Beachten derartiger Randbedingungen wird eine zu häufige Durchführung der Kraftstoffdosierung vermieden und somit einer unerwünschten Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs entgegengewirkt. Insbesondere bei einem Stopp-and-go-Betrieb mit sehr häufigen Stillstandsphasen des Kraftwagens und einem damit einher gehenden häufigen Abstellen des Verbrennungsmotors 12 kann es zudem vorkommen, dass die Temperatur des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 beziehungsweise des Oxidations-Katalysators unter eine Mindesttemperatur fällt, welche beispielsweise der Light-Off-Temperatur für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen entspricht. Dann erfolgt vorliegend keine Dosierung von Kraftstoff in das Abgas.
Vorteilhaft erfolgt die Dosierung von Kraftstoff in das Abgas, wenn sich der Verbrennungsmotor 12 im Leerlauf befindet, da dann ein besonders geringer Abgasmassenstrom vorliegt und somit lediglich eine relativ geringe Menge an Kraftstoff zum Einstellen der unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung vorgesehen zu werden braucht. Dies sorgt für einen allenfalls geringen Kraftstoffmehrverbrauch infolge des Regenerierens beziehungsweise Konditionierens des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 und/oder des Oxidations-Katalysators.
Die während des Einstellens der unterstöchiometrischen Abgaszusammensetzung eingebrachte Menge an Kraftstoff kann konstant vorgegeben werden, etwa durch Einstellen auf die mit der Dosiereinheit 22 maximal dosierbare Menge. Alternativ kann die Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom eingestellt werden, so dass bei einem geringen Abgasmassenstrom lediglich wenig Kraftstoff zudosiert zu werden braucht. Zusätzlich oder alternativ kann die Kraftstoffmenge über das mittels einer Lambda-Sonde gemessene Luftverhältnis im Abgas variabel geregelt werden.
Um sicherzustellen, dass nach dem Drehen des Zündschlüssels oder dem Drücken einer Start-/Stopptaste durch den Fahrer auch eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor 12 erfolgt, sind eine Motorelektrik oder Motorelektronik entsprechend auszulegen.
Wenn der Verbrennungsmotor 12 durch Auslösen eines Crashschalters abgestellt wird, so erfolgt aus Sicherheitsgründen kein Zudosieren von Kraftstoff in das Abgas. In diesem Fall wird also unmittelbar nach dem Auslösen des Crashschalters der Verbrennungsmotor 12 abgestellt, ohne dass noch über die Zeitspanne 50 hinweg oder anschließend Kraftstoff in die Abgasanlage 10 eingebracht wird.
Die in 1 gezeigte Dosiereinheit 22 zur nachmotorischen Kraftstoffdosierung kann des Weiteren dazu genutzt werden, die für den Abbrand des im Partikelfilter 20 angesammelten Rußes erforderliche Abgastemperatur einzustellen. Dies erfolgt jedoch nicht beim Abstellen des Verbrennungsmotors 12, sondern im laufenden Motorbetrieb und bei ausreichender Temperatur des vorgeschalteten Oxidations-Katalysators.
Wie in 1 des Weiteren gezeigt, kann bei der Abgasanlage 10 auch eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 62 mit einem Abgasrückführungskühler 64 vorgesehen sein, um Abgas in den Zulufttrakt 28 rückzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0314020 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) eines Fahrzeugs, bei welchem in Abhängigkeit von einem Abstellen eines Verbrennungsmotors (12) des Fahrzeugs Abgas mit einer unterstöchiometrischen Zusammensetzung bereitgestellt wird, und bei welchem wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) der Abgasanlage (10) mit dem unterstöchiometrischen Abgas beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) angeordnetes Aufstauelement (32) zumindest teilweise geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine stromaufwärts des Aufstauelements (32) von einem Abgasstrang (16) der Abgasanlage (10) abzweigende Abgasrückführungsleitung (34) freigegeben wird, während das Aufstauelement (32) zumindest teilweise geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstellen des Verbrennungsmotors (12) durch eine Steuerungseinrichtung (42) des Fahrzeugs, insbesondere nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne (50), bewirkt wird, wenn das Fahrzeug steht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abstellen des Verbrennungsmotors (12) von der Steuerungseinrichtung (42) wenigstens ein die Abgasanlage (10) betreffender Parameter, insbesondere eine Temperatur und/oder eine Beladung und/oder eine Aktivität der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18), berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inbetriebnehmen des Verbrennungsmotors (12) bei stehendem Fahrzeug von der Steuerungseinrichtung (42) in Abhängigkeit von einer Zeitdauer des Bereitstellens des unterstöchiometrischen Abgas bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Anfordern des Abstellens des Verbrennungsmotors (12) durch eine Bedienperson hin der Verbrennungsmotor (12) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne (50) abgestellt wird, während unterstöchiometrisches Abgas bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung des unterstöchiometrischen Abgases beendet wird, bevor eine Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors (12) auf Null abgefallen ist oder unterstöchiometrisches Abgas bereitgestellt wird, wenn eine Drehzahl des abgestellten Verbrennungsmotors (12) auf Null abgefallen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung von unterstöchiometrischem Abgas in Abhängigkeit von – dem Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) und/oder – einer seit einem vorangegangenen Vorgang der Bereitstellung von unterstöchiometrischem Abgas verstrichenen Zeitdauer und/oder zurückgelegten Fahrstrecke und/oder erfolgten Zunahme einer Beladung der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) und/oder – einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) im Leerlauf erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (12) zumindest vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors (12) erhöht wird.
Abgasanlage eines Fahrzeugs, mit Mitteln (22) zum Bereitstellen eines Abgases eines Verbrennungsmotors (12) des Fahrzeugs mit unterstöchiometrischer Zusammensetzung, mit einer Steuerungseinrichtung (42) zum Ansteuern der Mittel (22) in Abhängigkeit von einem Abstellen des Verbrennungsmotors (12), und mit wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) welche mit dem unterstöchiometrischen Abgas beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage ein stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) angeordnetes Aufstauelement (32) umfasst, welches mittels der Steuerungseinrichtung (42) in Abhängigkeit vom Abstellen des Verbrennungsmotors (12) in eine Geschlossenstellung verbringbar ist, in welcher ein durchströmbarer Querschnitt eines Abgasstrangs (16) der Abgasanlage (10) verringert ist.