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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum beschleunigten Erwärmen eines Abgaskatalysators mittels Sekundärlufteinspritzung in Abstimmung mit der Einstellung eines Abgasrückschlagventils vor allem während eines Kraftmaschinenkaltstarts.
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Hintergrund der Erfindung und Kurzfassung
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Kraftmaschinenkaltstartemissionen, die vor ausreichendem Erwärmen eines Abgaskatalysators freigesetzt werden, können die Abgasqualität eines Fahrzeugs verringern. Dementsprechend können Kraftmaschinensteuerungssysteme verschiedene Ansätze verwenden, um das Erreichen einer Aktivierungstemperatur (z.B. eine Anspringtemperatur) am Abgaskatalysator zu beschleunigen.
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Ein beispielhafter Ansatz umfasst das Erhöhen der Abgastemperaturen durch Betreiben der Kraftmaschine im fetten Bereich, um hohe Pegel von Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlenwasserstoffen aus der Kraftmaschine zu erzeugen und gleichzeitig Luft in den Abgaskrümmer stromaufwärts des Abgaskatalysators zu pumpen (hier als Sekundärlufteinspritzung bezeichnet). Die in den Abgaskrümmer gepumpte Luft kann mit den Abgasen reagieren und eine exotherme Reaktion erzeugen. Somit kann eine schnelle Katalysatorerwärmung erreicht werden. Die Erfinder haben jedoch hier mögliche Probleme mit einem solchen Ansatz erkannt. Während der Sekundärlufteinspritzung sind hohe Anreicherungspegel erforderlich, um den Anteil brennbarer Gase im Abgastrakt zu erhöhen, was die Kraftmaschineneffizienz verringert und Partikelemissionen erhöht. Ferner sind hohe Spätzündungspegel notwendig, um die Temperatur des Abgastrakts zu erhöhen. Demzufolge kann/können die Verbrennungsstabilität und/oder Kraftmaschineneffizienz beeinträchtigt werden.
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In einem Beispiel können die vorstehenden Probleme wenigstens zum Teil durch ein Verfahren für eine Kraftmaschine gelöst werden, das umfasst: Während eines Kraftmaschinenkaltstarts Einstellen einer Abgasrückschlagventilposition auf der Grundlage eines gewünschten Abgasgegendrucks; Bestimmen eines tatsächlichen Abgasgegendrucks stromaufwärts des Ventils; Zuführen einer gewünschten Sekundärluftmenge in einen Abgaskanal stromaufwärts eines Katalysators auf der Grundlage des tatsächlichen Abgasgegendrucks; und Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts auf der Grundlage des tatsächlichen Gegendrucks.
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Als ein Beispiel kann, bei einem Kraftmaschinenkaltstart, während eine Kraftmaschinentemperatur unter einem Temperaturschwellwert liegt, ein Abgasrückschlagventil, das stromabwärts eines Abgaskatalysators angeordnet ist, eingestellt werden, um einen Abgasgegendruck stromaufwärts des Ventils zu erhöhen. Gleichzeitig kann eine Sekundärluftpumpe betrieben werden, um Sekundärluft in den Abgaskrümmer stromaufwärts des Katalysators zuzuführen. Durch Verwenden eines Abgasrückschlagventils nach dem Katalysator werden die Zeit und die Temperatur, bei denen eine bestimmte Abgasmasse mit Katalysatorteilen in Kontakt ist, beträchtlich erhöht, was zu einer Beschleunigung der Katalysatoraktivierung führt. Durch Nutzen von Sekundärlufteinspritzung in Abstimmung mit dem Abgasgegendruck kann ein schnelleres Erwärmen des Abgaskatalysators erreicht werden. Darüber hinaus können ein Anreicherungsbetrag und ein Spätzündungsbetrag, die erforderlich wären, wenn der Anstieg des Abgasgegendrucks und die Sekundärlufteinspritzung in aufeinander abgestimmter Weise für das Erwärmen des Katalysators genutzt werden, geringer sein als die Kraftstoffeinspritzmenge und die Spätzündung, die bei alleiniger Sekundärlufteinspritzung erforderlich wären. Demzufolge können durch Nutzen einer geringeren Spätzündung die Effizienz und die Verbrennungsstabilität verbessert werden, und durch Nutzen einer geringeren Anreicherung können die Partikelemissionen und die Effizienz verbessert werden.
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Auf diese Weise können der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung auf vorteilhafte Weise genutzt werden, um die Abgaskatalysatoraktivierung zu beschleunigen. Die Kombination ermöglicht es, die Abgaskatalysatoraktivierung ohne Beeinträchtigen der Verbrennungsstabilität und Effizienz zu beschleunigen. Durch schnelles Erwärmen des Abgaskatalysators können Abgasemissionen beim Kaltstart reduziert werden.
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Es versteht sich von selbst, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Ideen vorzustellen, die in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Die Zusammenfassung hat nicht die Aufgabe, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstandes zu identifizieren; der Schutzbereich des Erfindungsgegenstandes wird ausschließlich durch die Patentansprüche definiert, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die vorstehend oder an irgendeiner anderen Stelle dieser Offenbarung angemerkte Nachteile beseitigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems.
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zeigt ein ausführliches Flussdiagramm, das eine Routine veranschaulicht, die zum Einstellen der Sekundärlufteinspritzung und eines Abgasrückschlagventils während eines Kaltstarts der Kraftmaschine implementiert werden kann, sodass die Kraftmaschinenerwärmung und die Katalysatoraktivierung beschleunigt werden.
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zeigt eine beispielhafte Einstellung des Abgasrückschlagventils und der Sekundärlufteinspritzung zum Beschleunigen der Kraftmaschinenerwärmung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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Verfahren und Systeme werden bereitgestellt, um die Kraftmaschinenerwärmung und Katalysatoraktivierung in einer Fahrzeugkraftmaschine, wie etwa das Kraftmaschinensystem aus , zu beschleunigen. Während eines Kraftmaschinenkaltstarts können der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung in vorteilhafter Weise genutzt werden, um eine Temperatur eines Abgaskatalysators schnell zu erhöhen. Eine Steuerungsvorrichtung kann dafür ausgelegt sein, eine Kontrollroutine, wie etwa die beispielhafte Routine aus , auszuführen, um ein Abgasventil, das stromabwärts eines Abgaskatalysators angeordnet ist, einzustellen, um einen Abgasgegendruck während der Zuführung von Sekundärluft zu erhöhen. Durch abgestimmtes Nutzen der Erhöhung des Abgasgegendrucks mit der Sekundärlufteinspritzung kann ein erforderlicher Betrag der Anreicherung und Spätzündung reduziert werden. Demzufolge können die Verbrennungsstabilität, Effizienz und Partikelemissionen verbessert werden, während gleichzeitig eine rasche Katalysatorerwärmung erzielt wird. Beispielhafte Einstellungen des Rückschlagventils und der Sekundärlufteinspritzmenge werden in beschrieben.
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zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 106. Das Fahrzeugsystem 106 weist ein Kraftmaschinensystem 108, einschließlich einer Kraftmaschine 100, die mit dem Emissionskontrollsystem 122 gekoppelt ist, auf. Die Kraftmaschine 100 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern 130. Die Kraftmaschine 100 weist auch einen Ansaugtrakt 123 und einen Abgastrakt 125 auf. Der Ansaugtrakt 123 kann Frischluft aus der Atmosphäre durch den Ansaugkanal 142 empfangen. Luft, die in Ansaugkanal 142 eintritt, kann durch den Luftfilter 190 gefiltert werden. Der Ansaugkanal 142 kann eine Luftansaugdrossel 182, die stromabwärts eines Ansaugkompressors 152 und eines Ansaugladeluftkühlers 184 angeordnet ist, umfassen. Die Ansaugdrossel 182 kann dafür ausgelegt sein, den Fluss von Ansauggasen (z.B. aufgeladene Ansaugluft), der in Ansaugkrümmer 144 der Kraftmaschine eintritt, einzustellen. Der Abgastrakt 125 weist einen Abgaskrümmer 148 auf, der zu einem Abgaskanal 145 führt, der Abgas über ein Endrohr 135 in die Atmosphäre leitet.
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Die Kraftmaschine 100 kann eine aufgeladene Kraftmaschine sein, die eine Ladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader 150, aufweist. Der Turbolader 150 kann einen Ansaugkompressor 152, der entlang des Ansaugkanals 142 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 154, die entlang des Abgaskanals 145 angeordnet ist, umfassen. Der Kompressor 152 kann wenigstens teilweise von der Turbine 154 über die Welle 156 angetrieben werden. Der vom Turbolader bereitgestellte Aufladungsbetrag kann von einer Kraftmaschinensteuerung variiert werden. Der über das Ladedruckregelventil (Wastegate) 153 gesteuerte Turbinenumgehungskanal 151 kann über die Abgasturbine in der Weise verbunden sein, dass einige oder alle Abgase, die durch den Abgaskanal 145 fließen, die Turbine 154 umgehen können. Durch Einstellen der Position des Ladedruckregelventils kann eine Abgasmenge, die durch die Turbine zugeführt wird, variiert werden, wodurch ein in den Ansaugkanal der Kraftmaschine zugeführter Aufladungsbetrag variiert wird.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann ein ähnlicher Umgehungskanal, der über ein Umgehungsventil (nicht dargestellt) gesteuert wird, über den Ansaugkompressor in der Weise verbunden sein, dass ein Teil oder die gesamte Ansaugluft, die vom Kompressor 152 verdichtet wird, wieder in den Ansaugkanal 142 stromaufwärts des Kompressors 152 zurückgeführt werden kann. Durch Einstellen der Position des Kompressorumgehungsventils kann der Druck im Ansaugsystem während ausgewählter Bedingungen gesenkt werden, um die Auswirkungen von Kompressorstoßladungen zu reduzieren.
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Ein optionaler Ladeluftkühler 184 kann stromabwärts von Kompressor 152 in den Ansaugkanal eingebaut sein, um die Temperatur der durch den Turbolader verdichteten Ansaugluft zu reduzieren. Im Besonderen kann der Nachkühler 184 stromaufwärts der Ansaugdrossel 182 eingebaut oder in den Ansaugkrümmer 144 integriert sein.
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Das Emissionskontrollsystem 122, das mit Abgaskanal 145 verbunden ist, weist einen Katalysator 170 auf. In einem Beispiel kann der Katalysator 170 mehrere Katalysatorbausteine aufweisen. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionskontrollvorrichtungen, jeweils mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. Der Katalysator 170 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein. In anderen Beispielen kann der Katalysator 170 ein Oxidationskatalysator, ein NOx-Speicherkatalysator, eine selektive, katalytische Reduktionsvorrichtung (Selective Catalyst Reduction (SCR)), ein Partikelfilter oder eine andere Abgasbehandlungsvorrichtung sein. Während in den hier beschriebenen Ausführungsformen der Katalysator 170 stromabwärts der Turbine 154 angeordnet ist, kann der Katalysator 170 in anderen Ausführungsformen stromaufwärts einer Turboladerturbine oder an einer anderen Stelle im Abgaskanal der Kraftmaschine angeordnet sein, ohne den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen.
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Eine Abgasdrossel oder ein Abgasrückschlagventil 164 kann im Abgaskanal stromabwärts des Abgaskatalysators 170 angeordnet sein. In den hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Steuerungsvorrichtung 120 eine Position der Abgasdrossel 164 auf der Grundlage verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und Parameterwerte (z.B. Kaltstart der Kraftmaschine, gespeicherter Unterdruckpegel, Abschalten etc.) steuern. In anderen Ausführungsformen können das Abgasrückschlagventil, der Abgaskanal und andere Komponenten so konzipiert sein, dass die Abgasdrossel mechanisch je nach Bedarf während verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen ohne Intervention des Steuerungssystems gesteuert wird. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf ausgeführt, kann das Abgasrückschlagventil 164 selektiv von der Steuerungsvorrichtung 120 während Kaltstartbedingungen der Kraftmaschine in Abstimmung mit der Sekundärlufteinspritzung, die von der Sekundärluftpumpe 96 geliefert wird, geschlossen werden, um einen Abgasdruck und eine Abgastemperatur schnell zu erhöhen. Durch Drosseln des Abgasflusses wird eine unkontrollierte Ausdehnung an den Abgasventilen der Kraftmaschine reduziert, so dass eine Abgastemperatur weiter erhöht und die Aktivierung eines stromabwärts angeordneten Abgaskatalysators beschleunigt wird. Außerdem kann ein schnelleres Erwärmen des Abgaskatalysators erreicht werden, indem Sekundärluft in den Abgastrakt gepumpt wird.
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Von daher kann die verbesserte Wärmeübertragung zur Kraftmaschine und zum Abgaskatalysator über das Drosseln der Abgase wenigstens zwei Effekten zugerechnet werden. Erstens erleichtert die höhere Dichte des (sich langsamer bewegenden) Abgases aufgrund des höheren Drucks des Abgases die Wärmeübertragung pro Kilogramm des Abgasflusses. Ferner verzögert die Ausdehnung in die Atmosphäre nach dem Katalysator (z.B. nach einem Dreiwegeabgaskatalysator) den druckabhängigen Temperaturabfall der Abgase bis stromabwärts des Katalysators. Insbesondere werden durch Nutzen einer Drossel nach dem Katalysator die Zeit und Temperatur, bei der eine bestimmte Abgasmasse mit Katalysatorteilen in Kontakt ist, wesentlich erhöht. Dies beschleunigt die Katalysatoraktivierung. Es ist leicht einzusehen, dass, während die dargestellte Ausführungsform eine Ausdehnung der Abgase nach dem Katalysator über eine Abgasdrossel erreicht, in alternativen Ausführungsformen der gleiche Effekt über eine Öffnung nach dem Katalysator im Abgaskanal 145 der Kraftmaschine erzielt werden kann.
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Die Abgasdrossel 164 kann während der meisten Betriebsbedingungen der Kraftmaschine in einer vollständig geöffneten Position (oder Vollgasposition) gehalten werden, kann aber dafür ausgelegt sein zu schließen, um den Abgasgegendruck unter bestimmten Bedingungen zu erhöhen, wie nachstehend ausgeführt wird. In einer Ausführungsform kann die Abgasdrossel 164 zwei Beschränkungsstufen, vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen, aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch die Position der Abgasdrossel 164 durch die Steuerungsvorrichtung 120 variabel auf eine Mehrzahl von Einschränkungsstufen einstellbar sein.
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Wie vorstehend ausgeführt, können Einstellungen der Abgasdrosselposition den Luftfluss durch die Kraftmaschine beeinflussen. Zum Beispiel kann man sich eine vollständig geschlossene Drossel wie eine „Kartoffel im Endrohr“ vorstellen, die den Abgasfluss hemmt, was eine Erhöhung des Abgasgegendrucks stromaufwärts der geschlossenen Drossel bewirkt. Dieser Anstieg des Abgasgegendrucks führt zu einer direkten Erhöhung der Abgastemperatur, die während ausgewählter Bedingungen (z.B. während eines Kaltstarts der Kraftmaschine) vorteilhaft genutzt werden kann, um das Erwärmen des Abgaskatalysators 170 zu beschleunigen. Bei einigen Ausführungsformen kann, während des Schließens der Drossel, der Zündzeitpunkt verzögert werden, um die Abgastemperaturen weiter zu erhöhen und dadurch die Katalysatoraktivierung weiter zu beschleunigen.
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Um die Auswirkungen der Abgasdrosseleinstellung auf den Luftfluss in der Kraftmaschine zu kompensieren, kann/können eine oder mehrere Kraftmaschinenkomponente(n) eingestellt werden. Als ein Beispiel kann, wenn sich die Abgasdrossel schließt, sich der Luftmassenfluss anfänglich verringern, und somit kann eine Ansaugdrossel (wie die Ansaugdrossel 182) geöffnet werden, um mehr Luft in die Kraftmaschine zu lassen, um die Kraftmaschinendrehzahl zu halten und die Drehmomentschwankung zu reduzieren. Auf diese Weise kann, während die Abgasdrossel genutzt wird, um den Gegendruck abzustimmen, der Luftfluss gesteuert werden, um ein Abtriebsmoment der Kraftmaschine zu begrenzen. Als ein anderes Beispiel kann der Zündzeitpunkt eingestellt (z.B. vorgestellt) werden, während die Drossel geschlossen ist, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen können Ventileinstellungen (z.B. Einstellungen auf einen Ventilüberschneidungsbetrag) in Verbindung mit Drosselpositionseinstellungen herangezogen werden, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Zum Beispiel können Einstellungen des Ansaugventils und/oder des Abgasventils erfolgen, um die interne Abgasrückführung einzustellen und die Verbrennungsstabilität zu erhöhen.
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Das Fahrzeugsystem 106 kann ferner ein System zur Niederdruck-Abgasrückführung AGR (Low-Pressure Exhaust Gas Recirculation, EGR) ND-AGR (LP-EGR) 161 umfassen. Das ND-AGR-System 161 weist einen AGR-Kanal 163 auf, der den Abgaskanal 145, stromabwärts des Abgaskatalysators 170 und stromaufwärts der Abgasdrossel 164, mit dem Luftansaugkanal 142, stromaufwärts des Kompressors 152, verbindet. Ein AGR-Kühler 162, der im AGR-Kanal 163 angeordnet ist, kühlt dadurch fließende Abgase, wie nachstehend ausgeführt wird. Eine Position des AGR-Ventils 159, das sich in dem AGR-Kanal 163 auf der Ansaugkanalseite des AGR-Kühlers 162 befindet, kann durch die Steuerungsvorrichtung 120 eingestellt werden, um eine Abgasmenge und/oder -rate, die über das ND-AGR-System vom Abgaskanal zum Ansaugkanal zurückgeführt werden, zu variieren. In einigen Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere Sensor(en) im ND-AGR-Kanal 163 angeordnet sein, um eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Luft-/Kraftstoffverhältnis von Abgasen, die durch den ND-AGR-Kanal zurückgeführt werden, bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Temperatursensor 118 mit einem Ausgang (auf der Seite des Ansaugkanals) des AGR-Kühlers 162 verbunden und dafür ausgelegt sein, eine Schätzung einer Temperatur am AGR-Kühlerauslass bereitzustellen. Abgase, die durch den ND-AGR-Kanal 163 zurückgeführt werden, können mit frischer Ansaugluft an einem Mischpunkt am Schnittpunkt des ND-AGR-Kanals 163 und des Ansaugkanals 242 verdünnt werden. Speziell kann durch Einstellen einer Position des AGR-Ventils 159 eine Verdünnung des AGR-Flusses eingestellt werden.
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Von daher kann, wenn das AGR-Ventil 159 geschlossen ist, wenigstens ein Teil der Abgase durch den AGR-Kühler 162 geleitet werden.
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In einigen Ausführungsformen (wie dargestellt) kann das Fahrzeugsystem 106 ferner ein Hochdruck-AGR-(HD-AGR)System 171 aufweisen. Das HD-AGR-System 171 beinhaltet einen AGR-Kanal 173, der den Abgaskanal 145 stromaufwärts der Turbine 154 mit dem Luftansaugkanal 142 stromabwärts des Kompressors 152 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 184 und der Ansaugdrossel 182 verbindet. Ein AGR-Kühler 172, der im AGR-Kanal 173 angeordnet ist, kühlt dadurch fließende Abgase. Eine Position des AGR-Ventils 179, das sich im AGR-Kanal 173 auf der Ansaugkanalseite des AGR-Kühlers 172 befindet, kann von der Steuerung 120 eingestellt werden, um eine Abgasmenge und/oder -rate, die über das ND-AGR-System vom Abgaskanal zum Ansaugkanal zurückgeführt werden, zu variieren. In einigen Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere Sensor(en) im HD-AGR-Kanal 173 angeordnet sein, um eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Luft-/Kraftstoffverhältnis von Abgasen, die durch den HD-AGR-Kanal zurückgeführt werden, bereitzustellen.
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Die Kraftmaschine 100 kann wenigstens teilweise durch ein Steuerungssystem 140 mit einer Steuerungsvorrichtung 120 und durch Eingaben von einem Fahrzeugbediener über eine Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) gesteuert werden. Das Steuerungssystem 140 ist dafür ausgelegt, Informationen von einer Mehrzahl von Sensoren 160 (von denen verschiedene Beispiele hier beschrieben werden) zu empfangen und Steuersignale an eine Mehrzahl von Stellantrieben 180 zu senden. Als ein Beispiel können die Sensoren 160 einen Abgassauerstoffsensor 126 aufweisen, der mit dem Abgaskrümmer 148 verbunden ist, einen MAP-Sensor 121, der mit dem Ansaugkrümmer 144 verbunden ist, einen Abgaskatalysator-Temperatursensor 117, einen Abgasdrucksensor 119, der sich stromaufwärts des Katalysators 170 im Endrohr 135 befindet, einen Abgasgegendrucksensor 127, der sich stromaufwärts des Abgasrückschlagdruckventils und stromabwärts des Katalysators 170 befindet, einen Abgastemperatursensor 128 und einen Abgasdrucksensor 129, die sich stromabwärts des Katalysators 170 im Endrohr 135 befinden, und einen Unterdrucksensor 192, der im Unterdruckbehälter 177 angeordnet ist. Verschiedene Abgassensoren können auch im Abgaskanal 145 stromabwärts des Katalysators 170 angeordnet sein, wie etwa Feinstaubsensoren (Particulate Matter (PM) Sensors), NOx-Sensoren, Sauerstoffsensoren, Ammoniaksensoren, Kohlenwasserstoffsensoren etc.. Andere Sensoren wie beispielsweise zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoffverhältnis- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Positionen im Fahrzeugsystem 106 verbunden sein. Als ein anderes Beispiel können die Stellantriebe 180 die Kraftstoffeinspritzdüse 166, die Abgasdrossel 164, das AGR-Ventil 159 und die Ansaugdrossel 182 umfassen. Andere Stellantriebe wie verschiedene zusätzliche Ventile und Drosseln können mit verschiedenen Positionen im Fahrzeugsystem 106 verbunden sein. Die Steuerungsvorrichtung 120 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Stellantriebe in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf der Grundlage von darin programmierten Anweisungen oder Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen aktivieren. Beispiele für Steuerroutinen werden hier in Bezug auf beschrieben. Wie hier weiter unter Bezugnahme auf die – ausgeführt, kann die Steuerungsvorrichtung 120 dafür ausgelegt sein, Sekundärluftfluss in den Abgaskanal stromaufwärts der Emissionskontrollvorrichtung 170 einzuspritzen, um die Abgastemperatur während ausgewählter Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z.B. während Kaltstartbedingungen) zu erhöhen. Eine Luftpumpe 96 kann vorhanden sein, um Außenluft (z.B. aus der Atmosphäre) in den Abgaskrümmer 148 über die Einspritzleitung 94, die vom Ventil 95 gesteuert wird, einzuspritzen. In einem Beispiel kann die Luftpumpe 96 Außenluft an einer Position stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des Katalysators in den Abgaskanal 135 leiten.
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Somit kann, unter Kaltstartbedingungen, das Einspritzen von Sekundärluft in Abstimmung mit Abgasgegendruckeinstellungen (z.B. durch Einstellen des Abgasrückschlagventils 164) genutzt werden, um die Erwärmung des Katalysators auf die Katalysatoraktivierungstemperatur zu beschleunigen. Darüber hinaus, wenn Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks in aufeinander abgestimmter Weise genutzt werden, können eine Kraftstoffeinspritzmenge und ein Zündzeitpunkt auf der Grundlage eines tatsächlichen Abgasgegendrucks eingestellt werden. Somit kann, wenn nur die Sekundärlufteinspritzung während Kaltstartbedingungen (das heißt mit geöffnetem Abgasrückschlagventil) genutzt wird, die Kraftmaschine mit zusätzlicher Anreicherung betrieben werden, um den Anteil brennbarer Gase im Abgas zu erhöhen. Ferner kann ein Betrag der Spätzündung ab MBT erhöht werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Infolge hoher Anreicherungspegel und Spätzündung können die Kraftmaschineneffizienz, Partikelemissionen und Verbrennungsstabilität beeinträchtigt werden. Durch Nutzen der Kombination aus Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks während Kaltstartbedingungen kann die Kraftmaschine mit weniger Anreicherung und geringerer Spätzündung betrieben werden. Demzufolge können die Effizienz, Emissionen und Verbrennungsstabilität verbessert werden, während gleichzeitig eine schnelle Abgaskatalysatoraktivierung erreicht wird. Einzelheiten der Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks werden weiter in Bezug auf die und ausgeführt.
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Es wird nun Bezug genommen auf , in der die Routine 200 ein Verfahren zum Einstellen eines Abgasrückschlagventils (etwa Abgasrückschlagventil 164 in ) und eine Sekundärlufteinspritzung während des Kraftmaschinenkaltstarts, um die Erwärmung und Aktivierung des Katalysators zu beschleunigen, beschreibt.
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Bei 202 weist das Verfahren 200 die Bestätigung eines Kaltstarts der Kraftmaschine auf. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob eine Kraftmaschinentemperatur (z.B. wie von einer Kühlmitteltemperatur der Kraftmaschine abgeleitet) unter einem Schwellwert liegt. In einem anderen Beispiel kann bestimmt werden, ob eine Temperatur am Abgaskatalysator unter einem Temperaturschwellwert, wie etwa unter einer Aktivierungs- oder Anspringtemperatur, liegt. Falls nicht, kann das Verfahren beendet werden.
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Bei Bestätigung eines Kraftmaschinenkaltstarts kann das Verfahren mit 203 fortfahren. Bei 203 umfasst das Verfahren 200 das Bestimmen und/oder Messen der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Zum Beispiel können die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinenlast, eine Umgebungstemperatur, einen barometrischen Druck, eine Abgastemperatur, eine Abgaskatalysatortemperatur, einen Zeitraum seit Kraftmaschinenstart, eine maximale Pumpendrehzahl, einen bei maximaler Pumpendrehzahl bereitstellbaren Sekundärluftbetrag, einen Batterieladezustand etc. einschließen. Als Nächstes kann das Verfahren bei 204 das Bestimmen eines gewünschten Abgasgegendrucks auf der Grundlage der gemessenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen beinhalten. Als Nächstes kann die Steuervorrichtung bei 205 einen Öffnungsbetrag des Abgasrückschlagventils (Exhaust Back Pressure Valve, EBP) auf der Grundlage des gewünschten Abgasgegendrucks einstellen. Wie bei erörtert, kann das Abgasrückschlagventil (oder die Abgasdrossel) stromabwärts des Abgaskatalysators angeordnet sein. Während Kaltstartbedingungen kann ein Öffnungsbetrag des Abgasrückschlagventils verringert werden, um den Abgasgegendruck zu erhöhen. Der Öffnungsbetrag des Abgasrückschlagventils kann durch Einstellen des Abgasrückschlagventils in eine geschlossenere Position verringert werden. Demzufolge kann eine Abgastemperatur erhöht werden. Durch Erhöhen der Abgastemperatur kann ein Zeitraum, der erforderlich ist, damit ein Abgaskatalysator eine Aktivierungstemperatur oder Anspringtemperatur erreicht, verkürzt werden.
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Sobald das Abgasrückschlagventil so eingestellt ist, dass ein gewünschter Abgasgegendruck erzielt wird, kann das Verfahren mit 206 fortfahren. Bei 206 kann die Steuerungsvorrichtung einen momentanen oder tatsächlichen Abgasgegendruck bestimmen. Zum Beispiel kann der tatsächliche Abgasgegendruck auf der Grundlage einer Druckmessung durch einen Abgasgegendrucksensor, wie den Sensor 127 in , bestimmt werden. Als solcher kann der Abgasgegendrucksensor stromaufwärts des Abgasrückschlagventils angeordnet sein. Alternativ kann der tatsächliche Abgasgegendruck auf der Grundlage anderer Messungen, wie des Drucks im/in AGR-System(en), der Luftdurchflussrate bei einer bestimmten Öffnung der Ansaugdrossel etc. bestimmt werden.
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Als Nächstes weist das Verfahren 200 bei 208 das Bestimmen einer gewünschten Sekundärlufteinspritzmenge auf der Grundlage des tatsächlichen Abgasgegendrucks auf. Sekundärluft kann zusätzlich zum Erhöhen des Abgasgegendrucks herangezogen werden, um bei Kaltstartbedingungen den Zeitraum, den der Abgaskatalysator benötigt, um die Betriebstemperatur zu erreichen, zu verkürzen. Sekundärluft kann bereitgestellt werden, indem eine Luftpumpe, wie die Luftpumpe 96 in , betrieben wird, um Außenluft (z.B. aus der Atmosphäre) in den Abgaskrümmer 148 über die Einspritzleitung 94 einzuspritzen,. Die gewünschte Sekundärluft kann auf dem Anreicherungsbetrag, dem Kraftmaschinenluftstrom, dem Zeitraum seit Kraftmaschinenstart, der Abgastemperatur und der Abgaskatalysatortemperatur basieren. Zum Beispiel kann mit zunehmendem Abgasgegendruck und steigender Abgastemperatur die gewünschte Sekundärluftmenge abnehmen.
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Beim Bestimmen des gewünschten Sekundärlufteinspritzbetrags kann das Verfahren 200 zu 210 übergehen. Bei 210 beinhaltet das Verfahren das Einstellen einer Luftpumpendrehzahl, um die gewünschte Sekundärluftmenge bereitzustellen. Das Verfahren kann das Einstellen einer Spannung, eines Stroms oder einer Impulsbreite für eine elektrische Luftpumpe beinhalten. Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 212 das Bestimmen einer tatsächlichen Sekundärluftmenge, die in den Abgaskanal zugeführt wird. Die zugeführte tatsächliche Sekundärluftmenge kann auf der Grundlage eines Sekundärluftmassenflusses bestimmt werden, der mittels eines Sekundärluftmassenflusssensors bestimmt wird, der in einer Sekundärlufteinspritzleitung, wie der Sekundärlufteinspritzleitung 94 in , angeordnet ist. Als solche kann sich die bereitgestellte Sekundärluftmenge bei einer bestimmten Pumpendrehzahl verringern, wenn der Abgasgegendruck ansteigt. Alternativ kann die tatsächliche Sekundärluftmenge auf der Grundlage der Luftpumpendrehzahl, des tatsächlichen Abgasgegendrucks etc. bestimmt werden.
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Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 214 das Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der gewünschten Sekundärluftmenge und der tatsächlichen Sekundärluftmenge größer als ein Differenzschwellwert ist. Falls ja, kann das Verfahren 200 mit 216 fortfahren. Bei 216 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob die Abgaskatalysatortemperatur (T_cat) unter einem Temperaturschwellwert, wie etwa unter der Aktivierungstemperatur oder der Anspringtemperatur (T_lightoff), liegt. Falls die Abgaskatalysatortemperatur unter der Anspringtemperatur liegt, kann das Verfahren mit 218 fortfahren. Bei 218 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob die Sekundärluftpumpe bei oder über einem Drehzahlschwellwert arbeitet. Der Drehzahlschwellwert kann auf der Differenz zwischen der gewünschten Sekundärluftmenge und der tatsächlichen Sekundärluftmenge, der maximalen Pumpendrehzahl, dem tatsächlichen Abgasgegendruck und der tatsächlichen Sekundärluftmenge basieren. Falls bestimmt wird, dass die Pumpendrehzahl nicht höher als der Drehzahlschwellwert ist, kann das Verfahren zu 219 übergehen. Beispielsweise kann, wenn die Pumpendrehzahl nicht höher als der Drehzahlschwellwert ist, bestimmt werden, dass die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge durch Erhöhen der Pumpendrehzahl verringert werden kann. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren bei 219 das Erhöhen der Pumpendrehzahl, um die Sekundärlufteinspritzmenge so zu erhöhen, dass der Unterschied zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge unter den Differenzschwellwert gesenkt wird.
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Zurück zu 218; wenn die Pumpendrehzahl unter dem Drehzahlschwellwert liegt, kann Verfahren 200 mit 226 fortfahren. Bei 226 weist das Verfahren das Einstellen des Abgasrückschlagventils zum Verringern des Abgasgegendrucks auf. Zum Beispiel kann eine Öffnung des Abgasrückschlagventils vergrößert werden, um den Abgasgegendruck zu senken. Der Öffnungsbetrag des Abgasrückschlagventils kann auf der Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärlufteinspritzmenge basieren. Als solcher kann mit zunehmender Differenz der Öffnungsbetrag des Abgasrückschlagventils zunehmen. Beispielsweise kann, wenn die Pumpendrehzahl höher als der Drehzahlschwellwert ist, bestimmt werden, dass die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge nicht durch Erhöhen der Pumpendrehzahl verringert werden kann. Das heißt, es kann bestimmt werden, dass die Sekundärluftpumpe bei dem aktuellen Abgasgegendruck unter Umständen nicht in der Lage ist, die gewünschte Sekundärluftmenge bereitzustellen. Daher kann der Abgasgegendruck gesenkt werden. Durch Senken des Abgasgegendrucks kann die von der Sekundärluftpumpe bereitgestellte Sekundärlufteinspritzmenge erhöht werden. Ferner umfasst das Verfahren bei 226 das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts auf der Grundlage des eingestellten Abgasgegendrucks. Beispielsweise können, wenn der Abgasgegendruck über einem Druckschwellwert liegt, die Kraftstoffeinspritzmenge und ein Spätzündungsbetrag mit zunehmendem Abgasgegendruck abnehmen. Als solche können die Kraftstoffeinspritzmenge und der Spätzündungsbetrag, die erforderlich sind, wenn die Sekundärlufteinspritz- und Abgasgegendruckeinstellungen in aufeinander abgestimmter Weise eingesetzt werden, niedriger als die Kraftstoffeinspritzmenge und der Spätzündungsbetrag sein, die erforderlich sind, wenn die Sekundärlufteinspritzung ohne Einstellen des Abgasgegendrucks (das heißt, indem das Abgasrückschlagventil in einer vollständig geöffneten Position gehalten wird) genutzt wird. Anders ausgedrückt können weniger Anreicherung und weniger Spätzündung erforderlich sein, wenn der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung genutzt werden, als wenn lediglich die Sekundärlufteinspritzung genutzt wird. Demzufolge können Effizienz, Partikelemissionen und Verbrennungsstabilität verbessert werden, während gleichzeitig eine schnellere Abgaskatalysatoraktivierung erzielt wird, wenn die Kombination aus Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks genutzt wird.
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Zurück zu 216; wenn die Abgaskatalysatortemperatur die Aktivierungs- oder Anspringtemperatur erreicht hat (das heißt, wenn T_cat ≥ T_lightoff), kann das Verfahren 200 mit 222 fortfahren. Bei 222 umfasst das Verfahren das Öffnen des Abgasrückschlagventils und das Beenden der Sekundärlufteinspritzung. Ferner können, wenn der Abgaskatalysator die Aktivierungstemperatur erreicht, die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung auf der Grundlage von aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eingestellt werden. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können zum Beispiel Kraftmaschinendrehzahl und Last einschließen.
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Zurück zu 214; wenn die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge nicht größer als der Grenzwert ist, kann das Verfahren 200 mit 220 fortfahren. Bei 220 kann das Verfahren bestimmen, ob die Abgaskatalysatortemperatur (T_cat) unter einem Temperaturschwellwert liegt. Falls ja, kann das Verfahren mit 224 fortfahren. Bei 224 umfasst das Verfahren das Beibehalten des Schließbetrags des Abgasrückschlagventils. Ist, zum Beispiel, die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge nicht größer als der Schwellwert, kann bestimmt werden, dass die Sekundärluftpumpe bei dem aktuellen Abgasgegendruck nicht in der Lage ist, die gewünschte Sekundärluftmenge bereitzustellen. Daher könnte es nicht erforderlich sein, die Pumpendrehzahl oder das Abgasrückschlagventil einzustellen, um die gewünschte Sekundärluftmenge zu erhalten, bis die Katalysatoranspringtemperatur erreicht ist. Anders ausgedrückt können die aktuelle Sekundärluftmenge und der Abgasgegendruck aufrechterhalten werden, bis der Abgaskatalysator die Aktivierungs- oder Anspringtemperatur erreicht. Ferner kann das Verfahren bei 224 das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge und des Spätzündungsbetrags auf der Grundlage des aktuellen Abgasgegendrucks einschließen. Beispielsweise können, wie vorstehend erörtert, die Kraftstoffeinspritzmenge und der Spätzündungsbetrag bei zunehmendem Abgasgegendruck abnehmen, wenn der Abgasgegendruck über dem Druckschwellwert liegt.
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Zurück zu 220; falls bestimmt wird, dass die Katalysatortemperatur nicht unter der Aktivierungs- oder Anspringtemperatur liegt, kann das Verfahren zu 222 übergehen. Bei 222 umfasst das Verfahren das Öffnen des Abgasrückschlagventils, das Beenden der Sekundärlufteinspritzung und das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündung auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie vorstehend erörtert.
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Auf diese Weise können der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung in aufeinander abgestimmter Form eingestellt werden, um das Erwärmen des Abgaskatalysators während Kaltstartbedingungen der Kraftmaschine zu beschleunigen. Durch Abstimmen des Abgasgegendrucks mit der Sekundärlufteinspritzung können der Spätzündungsbetrag und die Kraftstoffeinspritzmenge reduziert werden. Demzufolge können die Verbrennungsstabilität, Effizienz und Partikelemissionen verbessert und gleichzeitig eine schnelle Katalysatoraktivierung erzielt werden.
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In einem Beispiel kann ein Verfahren für eine Kraftmaschine umfassen: Während eines Kraftmaschinenkaltstarts, Einstellen einer Position des Abgasrückschlagventils auf der Grundlage eines gewünschten Abgasgegendrucks; Bestimmen eines tatsächlichen Abgasgegendrucks stromaufwärts des Ventils; Zuführen einer gewünschten Sekundärluftstrommenge in einen Abgaskanal stromaufwärts eines Katalysators auf der Grundlage des tatsächlichen Abgasgegendrucks; und Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts auf der Grundlage des tatsächlichen Gegendrucks. Das Zuführen kann für einen Zeitraum erfolgen, bis eine Temperatur des Abgaskatalysators über dem Temperaturschwellwert liegt, und der gewünschte Abgasgegendruck kann auf einem oder mehreren von einer Umgebungstemperatur, einer Kraftmaschinentemperatur, einem barometrischen Druck, einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinenlast, einer Abgastemperatur, einer Abgaskatalysatortemperatur, einem Zeitraum seit Kraftmaschinenstart, einer maximalen Pumpendrehzahl, einer bei maximaler Pumpendrehzahl bereitstellbaren Sekundärluftmenge und einem Batterieladezustand basieren. Darüber hinaus kann der tatsächliche Gegendruck stromaufwärts des Abgasrückschlagventils und stromabwärts des Katalysators bestimmt werden. Das Einstellen des Zündzeitpunkts kann das Verzögern des Zündzeitpunkts, eines Spätzündungsbetrags auf der Grundlage des tatsächlichen Abgasgegendrucks umfassen, und das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge kann das Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge umfassen, wobei ein Erhöhungsbetrag auf dem tatsächlichen Abgasgegendruck basiert.
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Ferner kann ein Differenzbetrag zwischen der gewünschten Sekundärluftmenge und einer tatsächlichen Sekundärluftmenge bestimmt werden. Während die Temperatur des Abgaskatalysators unter dem Temperaturschwellwert liegt, können die Position des Abgasrückschlagventils und die Sekundärluftpumpendrehzahl in Reaktion darauf, dass der Differenzbetrag niedriger als ein Differenzschwellwert ist, beibehalten werden. Während die Temperatur des Abgaskatalysators unter dem Temperaturschwellwert liegt, Bestimmen, ob die Pumpendrehzahl höher ist als ein Drehzahlschwellwert in Reaktion darauf, dass der Schwellwertbetrag größer ist als der Differenzschwellwert. Ferner kann die Position des Abgasrückschlagventils eingestellt werden, um den tatsächlichen Abgasgegendruck in Reaktion darauf, dass die Pumpendrehzahl größer als der Drehzahlschwellwert ist, zu senken, und der Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge können auf der Grundlage des gesenkten Abgasgegendrucks eingestellt werden. Die Pumpendrehzahl kann in Reaktion darauf, dass die Pumpendrehzahl niedriger als der Drehzahlschwellwert ist, erhöht werden.
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Noch darüber hinaus kann, in Reaktion darauf, dass die Temperatur des Abgaskatalysators über dem Temperaturschwellwert liegt, die Position des Abgasrückschlagventils in eine geöffnete Position eingestellt werden, die Sekundärluftpumpe kann angehalten werden und ein Zündzeitpunkt und eine Kraftstoffeinspritzmenge können auf der Grundlage von einem oder mehreren von einer Kraftmaschinendrehzahl und einem Kraftmaschinenlastzustand eingestellt werden.
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Es wird nun Bezug genommen auf , in der beispielhafte Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks während eines Kaltstartvorgangs dargestellt sind. Die Sequenz in kann bereitgestellt werden, indem die Anweisungen im System von gemäß dem Verfahren in ausgeführt werden. Vertikale Markierungen bei den Zeitpunkten t0–t5 stellen Zeiten von Interesse während der Sequenz dar. Insbesondere zeigt die Darstellung 300 die Drehzahl der Sekundärlufteinspritzpumpe bei Linie 302, und die Pumpendrehzahl steigt in Richtung des Y-Achsenpfeils, eine tatsächliche Sekundärlufteinspritzmenge bei Linie 306, und die Sekundärluftmenge steigt in Richtung des Y-Achsenpfeils, eine gewünschte Sekundärlufteinspritzmenge bei Linie 308, eine Sekundärlufteinspritzmenge, wenn der Abgasgegendruck nicht zusammen mit der Sekundärluft genutzt wird, bei Linie 304, eine Abgaskatalysatortemperatur bei Linie 310, und die Katalysatortemperatur steigt in Richtung des Y-Achsenpfeils, einen tatsächlichen Abgasgegendruck bei Linie 312, und der Abgasgegendruck steigt in Richtung des Y-Achsenpfeils, einen Gegendruckschwellwert bei 313, einen Zustand des Abgasrückschlagventils bei Linie 314, Spätzündung während der Sekundärlufteinspritzung, wenn der Abgasgegendruck bei 316 nicht eingesetzt wird, Spätzündung, wenn der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung genutzt werden, bei Linie 318, die Kraftstoffeinspritzung während der Sekundärlufteinspritzung, wenn der Abgasdruck nicht eingesetzt wird, bei Linie 320, und die Kraftstoffeinspritzung, wenn der Abgasgegendruck und die Sekundärlufteinspritzung genutzt werden, bei Linie 322. Die X-Achse repräsentiert die Zeit, und die Zeit nimmt von der linken Seite der grafischen Darstellung zur rechten Seite der Darstellung zu.
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Bei t0 kann die Kraftmaschine gestartet werden. Insbesondere in Reaktion darauf, dass die Katalysatortemperatur (310) der Kraftmaschine unter einem Schwellwert (T_light-off) liegt, kann ein Kaltstart der Kraftmaschine bei t0 eingeleitet werden. Während des Kaltstarts der Kraftmaschine kann die Kraftmaschine bei einer geschlosseneren Position des Abgasrückschlagventils (314) neu gestartet werden. In dem dargestellten Beispiel wird das Abgasrückschlagventil in eine geschlossenere Position eingestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass in einigen Beispielen das Abgasrückschlagventil geschlossen sein kann, oder es kann in der geöffneten Position beginnen und kurz nach dem Kraftmaschinenstart in eine geschlossenere Position übergehen. Durch Einstellen des Abgasrückschlagventils in eine geschlossenere Position erhöht sich ein Abgasgegendruck, der stromaufwärts (z.B. unmittelbar stromaufwärts) des Abgasrückschlagventils gemessen wird (312). Demzufolge erhöht sich auch die Katalysatortemperatur (310). Ferner kann eine Sekundärluftpumpe betrieben werden (302), um Sekundärluft (z.B. aus der Atmosphäre) in den Abgaskrümmer stromaufwärts des Katalysators zu leiten. Folglich kann die Sekundärlufteinspritzmenge (Linie 306) ansteigen. Als solcher kann die Sekundärlufteinspritzmenge auf dem gemessenen Abgasgegendruck basieren. Während die Linie 306 die Sekundärlufteinspritzmenge auf der Grundlage des Abgasgegendrucks zeigt, stellt die Linie 304 eine Sekundärlufteinspritzmenge dar, die bei der gezeigten Sekundärluftpumpendrehzahl zugeführt werden kann, um die dargestellte Katalysatortemperaturerhöhung (310) während Kaltstartbedingungen zu erreichen, wenn der Abgasgegendruck nicht genutzt wird (z.B. wenn sich das Abgasrückschlagventil in einer geöffneten Position befindet). Zum Beispiel kann eine größere Sekundärlufteinspritzmenge erforderlich sein, wenn der Abgasgegendruck nicht zusammen mit der Sekundärlufteinspritzung genutzt wird, im Vergleich zu den Betriebsbedingungen, wenn der Abgasgegendruck zusammen mit der Sekundärlufteinspritzung herangezogen wird, um den Zeitraum zu verkürzen, den der Abgaskatalysator benötigt, um die Aktivierungs- oder Anspringtemperatur zu erreichen.
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Darüber hinaus kann der Zündzeitpunkt ab MBT (318) verzögert und die Kraftstoffeinspritzmenge (322) erhöht werden. Der Zündzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge können auf der Grundlage des tatsächlichen Abgasgegendrucks eingestellt werden. Liegt zum Beispiel der Abgasgegendruck über einem Druckschwellwert (313), kann ein Spätzündungsbetrag ab MBT mit steigendem Abgasgegendruck abnehmen und eine Kraftstoffeinspritzmenge kann mit steigendem Abgasdruck abnehmen. In einem Beispiel kann lediglich der Spätzündungsbetrag auf der Grundlage des Abgasgegendrucks eingestellt werden (z.B. weniger Spätzündung mit zunehmendem Abgasdruck). In einem anderen Beispiel kann lediglich die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage des Abgasgegendrucks eingestellt werden. Beispielsweise kann die Kraftstoffeinspritzmenge mit zunehmendem Abgasdruck gesenkt werden. In einem noch anderen Beispiel kann sowohl die Spätzündung als auch die Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des Abgasgegendrucks eingestellt werden. Durch Nutzen von wenigsten einer gewissen Spätzündung können Abgastemperaturen weiter erhöht werden, und die Katalysatoraktivierung kann weiter beschleunigt werden. Durch Nutzen einer erhöhten Kraftstoffeinspritzmenge (das heißt höhere Anreicherung) kann ein Prozentsatz brennbarer Gase im Abgas erhöht werden. Folglich kann die Abgastemperatur erhöht werden. Als solche können die Spätzündung ab MBT und die Kraftstoffeinspritzmenge, wenn Sekundärluft und Abgasgegendruck genutzt werden, geringer als die Spätzündung (316) und die Kraftstoffeinspritzmenge (320) sein, wenn lediglich Sekundärluft oder Abgasgegendruck genutzt wird. Auf diese Weise, durch Nutzen von Sekundärlufteinspritzung und Abgasgegendruck zum beschleunigten Erwärmen des Abgaskatalysators während Kaltstartbedingungen, kann weniger Spätzündung und eine geringere Kraftstoffeinspritzmenge (das heißt weniger Anreicherung) verwendet werden. Durch Nutzen von weniger Spätzündung können Verbrennungsstabilität und Effizienz verbessert werden, und durch Bereitstellen von weniger Anreicherung können Partikelemissionen und Effizienz verbessert werden.
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Bei Zeitpunkten zwischen t0 und t1 kann der Abgasgegendruck ansteigen (312). Um die gewünschte Sekundärluft bereitzustellen, kann die Sekundärluftpumpendrehzahl steigen. Darüber hinaus kann eine Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge weniger als ein Differenzschwellwert sein, und die Katalysatortemperatur kann ansteigen (310), aber unter der Anspringtemperatur bleiben. Bei Zeitpunkten t1 und zwischen t1 und t2 kann die Sekundärluftpumpe bei einer maximalen Drehzahl arbeiten. Darüber hinaus kann die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge geringer als der Differenzschwellwert sein. Die Katalysatortemperatur kann ansteigen und weiter unter der Anspringtemperatur bleiben. Der Abgasgegendruck (312) kann höher als bei Zeitpunkt t0 sein. Demzufolge können die Spätzündung ab MBT gesenkt (318) und die Kraftstoffeinspritzmenge reduziert werden (322).
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Bei Zeitpunkt t2 kann die Katalysatortemperatur unter der Anspringtemperatur liegen. Ferner kann die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge größer als der Differenzschwellwert sein. Beispielsweise kann die gewünschte Sekundärluftmenge ansteigen. Die Sekundärluftpumpe kann jedoch bei ihrer maximalen Drehzahl (302) arbeiten. Demzufolge kann die Sekundärluft, die von der Pumpe (306) bei dem bestimmten Abgasdruck bereitgestellt wird, unter der gewünschten Menge liegen (308). Daher kann, um die gewünschte Sekundärluftmenge bereitzustellen (das heißt, um die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge auf weniger als den Differenzschwellwert zu reduzieren), der Abgasgegendruck (312) verringert werden, indem die Öffnung des Abgasrückschlagventils (314) vergrößert wird. Durch Reduzieren des Abgasgegendrucks kann die bei maximaler Drehzahl arbeitende Sekundärluftpumpe eine größere Sekundärluftmenge bereitstellen. Infolge des Reduzierens des Abgasgegendrucks kann der Spätzündungsbetrag ab MBT erhöht (318) werden, und die Kraftstoffeinspritzmenge kann erhöht (322) werden.
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Bei Zeitpunkten zwischen t2 und t3 kann sich das Abgasrückschlagventil weiter in der weniger geschlossenen Position befinden. Folglich kann der Abgasgegendruck abnehmen (312). Ferner kann die Pumpe bei ihrer maximalen Drehzahl laufen. Infolge des reduzierten Abgasgegendrucks kann die Sekundärluftmenge, die von der Pumpe bei ihrer maximalen Drehzahl bereitgestellt wird, steigen. Ferner kann sich die Spätzündung erhöhen, und die Kraftstoffeinspritzmenge kann sich erhöhen. Der Spätzündungsbetrag (318) und die Kraftstoffeinspritzmenge (322) können jedoch geringer als die Spätzündung (316) und die Anreicherung (320) sein, wenn lediglich Sekundärluft ohne Erhöhen des Abgasgegendrucks genutzt wird. Die Katalysatortemperatur kann ansteigen (310).
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Bei Zeitpunkt t3 und zwischen t3 und t4 kann die Katalysatortemperatur ansteigen. Die Katalysatortemperatur kann jedoch unter der Anspringtemperatur bleiben. Ferner kann die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge größer als der Differenzschwellwert sein. Das Abgasrückschlagventil (314) kann weiter geöffnet werden, um den Abgasgegendruck (312) weiter zu reduzieren. Folglich kann die von der Pumpe (306) bereitgestellte Sekundärluftmenge steigen. Des Weiteren können die Spätzündung und die Kraftstoffeinspritzung zunehmen.
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Bei Zeitpunkt t4 und zwischen t4 und t5 kann die Katalysatortemperatur steigen und unter der Anspringtemperatur bleiben. Des Weiteren kann die Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Sekundärluftmenge geringer als der Differenzschwellwert sein. Daher kann der Abgasventilöffnungsbetrag beibehalten werden. Das heißt, wenn bestimmt wird, dass die Sekundärluftpumpe die gewünschte Sekundärluftmenge bereitstellt, kann der Betrag der Abgasventilöffnung beibehalten werden.
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Bei Zeitpunkt t5 kann die Katalysatortemperatur die Anspringtemperatur erreichen. Wenn der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht, kann das Abgasrückschlagventil geöffnet werden (314), und die Sekundärlufteinspritzung (306) kann angehalten werden (z.B. durch Anhalten der Sekundärluftpumpe). Ferner können die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eingestellt werden.
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In einem Beispiel können, während Kaltstartbedingungen, wenn die Temperatur des Abgaskatalysators unter der Anspringtemperatur liegt, ein HD-AGR-Ventil (wie das Ventil 179 in ) und/oder ein ND-AGR-Ventil (wie etwa das Ventil 159 in ) geschlossen sein. In einem anderen Beispiel können, während Kaltstartbedingungen, das HD-AGR-Ventil und/oder das ND-AGR-Ventil in eine geschlossenere Position eingestellt werden.
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Auf diese Weise kann, während Kaltstartbedingungen, wenn eine Temperatur des Abgaskatalysators unter der Aktivierungstemperatur liegt, die Sekundärlufteinspritzung mit den Einstellungen des Abgasgegendrucks kombiniert werden, um eine Temperatur der Abgase zu erhöhen und dadurch ein schnelles Erwärmen des Abgaskatalysators zu erleichtern. Durch Kombinieren der Einstellungen der Sekundärlufteinspritzung und des Abgasgegendrucks können der erforderliche Anreicherungsbetrag und Spätzündungsbetrag weniger als der erforderliche Anreicherungsbetrag und der Spätzündungsbetrag sein, wenn die Sekundärlufteinspritzung allein (das heißt ohne Abgasgegendruck) genutzt wird. Durch Nutzen von weniger Anreicherung können Partikelemissionen und Effizienz verbessert werden. Durch Nutzen von geringerer Spätzündung können die Verbrennungsstabilität und Effizienz verbessert werden.
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In einem Beispiel kann ein Verfahren für eine Kraftmaschine umfassen: Während eines Kraftmaschinenkaltstarts, Einstellen einer ersten Sekundärlufteinspritzmenge auf der Grundlage eines Abgasgegendrucks; Einstellen eines Abgasrückschlagventils, um den Abgasgegendruck auf einen anderen Gegendruck einzustellen; und Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts auf der Grundlage des anderen Gegendrucks, um eine gewünschte Abgastemperatur zu erreichen, wobei das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge das Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge umfasst, wenn der andere Gegendruck sinkt, und wobei das Einstellen des Zündzeitpunkts das Erhöhen eines Spätzündungsbetrags umfasst, während der andere Gegendruck abnimmt. Ferner kann das Einstellen auf einen anderen Wert auf der Grundlage einer Differenz zwischen der ersten Sekundärlufteinspritzmenge und einer zweiten Sekundärlufteinspritzmenge, die größer als ein Differenzschwellwert ist, basieren, wobei die zweite bestimmte Sekundärlufteinspritzmenge auf der Grundlage eines Sensormesswertes des Sekundärluftmassenflusses basiert. Das Einstellen der ersten Sekundärlufteinspritzmenge kann das Einstellen einer Drehzahl einer Sekundärluftpumpe umfassen, wobei die Drehzahl der Sekundärluftpumpe auf dem anderen Gegendruck basiert. Der Abgasgegendruck basiert auf einem oder mehreren von einer Umgebungstemperatur, einer Kraftmaschinentemperatur, einem barometrischen Druck, einer Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftmaschinenlast, einer Abgastemperatur, einer Abgaskatalysatortemperatur, einem Zeitraum seit Kraftmaschinenstart, einer maximalen Pumpendrehzahl, einer Sekundärluftmenge, die bei der maximalen Pumpendrehzahl bereitstellbar ist, und einem Batterieladezustand.
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Des Weiteren können, während eine Temperatur eines Abgaskatalysators unterhalb eines Temperaturschwellwerts liegt, die erste Sekundärlufteinspritzmenge, das Abgasrückschlagventil, die Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündzeitpunkt eingestellt werden. In Reaktion darauf, dass die Katalysatortemperatur höher als der Temperaturschwellwert ist oder ihm entspricht, kann das Abgasrückschlagventil auf eine geöffnete Position eingestellt werden; und die Sekundärluftpumpendrehzahl kann auf null eingestellt werden.
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In einem anderen Beispiel kann ein Verfahren für eine Kraftmaschine umfassen: Während eines Kraftmaschinenkaltstarts, Bestimmen eines ersten Abgasgegendrucks; Bestimmen einer gewünschten Sekundärlufteinspritzmenge auf der Grundlage des ersten Gegendrucks; Bestimmen einer Differenz zwischen der gewünschten Sekundärlufteinspritzmenge und einer tatsächlichen Sekundärluftmenge; Einstellen eines Abgasrückschlagventils, um einen zweiten Abgasgegendruck auf der Grundlage der Differenz, die größer als ein Differenzschwellwert ist, zu erhalten; und Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts auf der Grundlage des zweiten Gegendrucks, wobei der zweite Abgasgegendruck geringer als der erste Abgasgegendruck ist und wobei das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge und des Zündzeitpunkts das Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge und das Erhöhen des Spätzündungsbetrags in Reaktion darauf, dass der zweite Gegendruck unter einem Gegendruckschwellwert liegt, umfasst.
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Zu beachten ist, dass die hier angeführten beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen für verschiedenste Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Mehrprogrammbetrieb (Multitasking), Mehrstrangbetrieb (Multithreading) und ähnliche. Daher können verschiedene der veranschaulichten Schritte, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt oder gegebenenfalls auch ausgelassen werden. In ähnlicher Weise ist die Abarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dies ist lediglich zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Ein(e) oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen kann/können, abhängig von der jeweils verfolgten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Schritte in grafischer Form Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuerungssystem programmiert werden muss.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. So kann die vorstehend beschriebene Technologie auf Kraftmaschinen des Typs V-6, I-4, I-6, V-12 sowie 4-Zylinder-Boxermotoren und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
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Die nachfolgenden Patentansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Patentansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes Element” oder das Äquivalent davon verweisen. Solche Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehrere solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung oder Ergänzung der vorliegenden Patentansprüche beansprucht werden oder durch Präsentation neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anwendung. Solche Patentansprüche werden, ganz gleich, ob diese weiter oder enger gefasst, gleich oder unterschiedlich im Hinblick auf den Schutzbereich der ursprünglichen Patentansprüche sind, ebenfalls als vom Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen angesehen.