DE102019219906A1

DE102019219906A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators mittels geregelter Sekundärluft

Info

Publication number: DE102019219906A1
Application number: DE102019219906.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Kleiner; Erwin Achleitner; Hendra Kurniawan; Gerhard Haft
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: DE102019219906B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators, bei welchem eine Regelung einer in den Abgastrakt geleiteten Sekundärluftmenge vorgenommen wird, bei welcher ein Istwert für die Regelung von einem stromab des Katalysators angeordneten Sensor bereitgestellt wird und bei welcher die Regelung derart vorgenommen wird, dass die stromab des Katalysators vorliegende Luftzahl um die stöchiometrische Luftzahl oszilliert. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators mittels geregelter Sekundärluft.
Bei einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor treten in der Kaltstartphase und während der Phase, in welcher das gesamte Abgassystem noch nicht betriebsbereit ist, vergleichsweise hohe Schadstoffemissionen auf. Deshalb wurden bereits Maßnahmen vorgeschlagen, mittels derer das Aufheizen des Abgassystems beschleunigt wird.
Beispielsweise ist es bereits bekannt, Sekundärluft in den Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs einzublasen und dadurch zu erreichen, dass das Aufheizen des Abgastrakts des Kraftfahrzeugs beschleunigt wird und des Weiteren sichergestellt wird, dass vergleichsweise niedrige CO-, HC- und NOx-Rohemissionen entstehen. Wenn der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs gestartet wurde, wird ein unterstöchiometrisches Kraftstoffgemisch (Luftzahl A <1) eingestellt, wobei die emittierten unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch Zugabe von Luft in den Abgastrakt zu exothermen Nachreaktionen führen.
Das vorstehend beschriebene Einblasen von Sekundärluft in den Abgastrakt kann auch dann vorgenommen werden, wenn im Abgastrakt ein elektrisch beheizter Katalysator vorgesehen ist. Dies entspricht einer weiteren Methode, das Entstehen von Schadstoffemissionen zu vermindern. Ein elektrisch beheizter Katalysator bewirkt nur dann eine Schadstoffkonversion, wenn seine Anspringtemperatur (light off Temperatur) erreicht ist, die beispielsweise bei 300°C liegt.
Bei einem Hybridfahrzeug besteht die Möglichkeit, einen Teil des elektrisch beheizten Katalysators bereits vor einem Start des Verbrennungsmotors auf die Anspringtemperatur aufzuheizen, so dass bereits beim Motorstart eine Schadstoffkonversion vorgenommen werden kann.
Ein derartiges Vorheizen eines Teils eines elektrisch beheizbaren Katalysators kann beispielsweise unter Verwendung einer Heizscheibe vorgenommen werden.
Durch ein derartiges Vorheizen können durch etwaige Temperaturerhöhungen auftretende Schäden vermieden werden. Des Weiteren wird eine Temperaturmessung mit einem stromab der Heizscheibe angeordneten Temperatursensor ermöglicht. Die Vorgabe eines Luftmassenstroms ist neben der Heizleistung des Katalysatorsystems ausschlaggebend für das aktive Katalysatorvolumen zum Zeitpunkt des Motorstarts.
Bei niedrigen Motortemperaturen wird der Verbrennungsmotor mit unterstöchiometrischem Gemisch betrieben, wodurch keine Oxidation von CO und HC stattfinden kann.
Eine Fortsetzung der Zudosierung von Luft nach erfolgtem Motorstart entspricht einer Einblasung von Sekundärluft in den Abgastrakt des Kraftfahrzeugs. Diejenigen Oberflächen des elektrisch beheizten Katalysators, die durch das Vorheizen vor dem Motorstart schon beim Motorstart eine hohe Temperatur aufweisen, tragen positiv dazu bei, die genannten exothermen Nachreaktionen im Abgastrakt zu erhöhen. Eine exakte Zudosierung des eingeblasenen Sekundärluftmassenstroms wird vom Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs vorgenommen.
Eine Einblasung von Sekundärluft in den Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs kann sowohl beim Vorliegen eines elektrisch vorgeheizten Katalysators als auch beim Vorliegen eines nicht vorgeheizten elektrisch beheizbaren Katalysators als auch beim Vorliegen eines herkömmlichen Katalysators vorgenommen werden, um ein Aufheizen des Abgastrakts eines Kraftfahrzeugs zu beschleunigen. Dabei wird jeweils so viel Sekundärluft eingeblasen, dass die Luftzahl λ stromab des Katalysators im Bereich des Luftüberschusses ist, d.h. λ >1. Ein Nachteil dabei ist, dass die NOx-Konvertierung des Katalysators deaktiviert ist, so dass unerwünscht hohe NOx-Rohemissionen entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum beschleunigten Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators anzugeben, bei denen die Schadstoffemissionen niedrig gehalten werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 17 angegeben. Der Patentanspruch 18 hat eine Vorrichtung zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators zum Gegenstand.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators wird eine Regelung einer in den Abgastrakt geleiteten Sekundärluftmenge vorgenommen, bei welcher ein Istwert für die Regelung von einem stromab des Katalysators angeordneten Sensor bereitgestellt wird und bei welcher die Regelung derart vorgenommen wird, dass die stromab des Katalysators vorliegende Luftzahl um die stöchiometrische Luftzahl oszilliert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Stickoxidsensor bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Lambdasensor bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Ammoniaksensor bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Lambdasensor bereitgestellt, welcher des Weiteren zur Diagnose des Katalysators und/oder zur Trimmregelung einer linearen Lambdasonde vor dem Katalysator verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge erhöht, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung fett detektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge erhöht, wenn eine Erhöhung des Ammoniakgehalts im Abgas detektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge erhöht, wenn eine berechnete negative Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit abgeschalteter Sekundärlufteinblasung einem im Abgastrakt angeordneten Partikelfilter entzogen wurde, einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge reduziert, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung mager detektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge reduziert, wenn ein Anstieg der Stickoxidemissionen detektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sekundärluftmenge reduziert, wenn eine berechnete Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit aktiver Sekundärlufteinblasung vorliegt, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge von einer Sekundärluftquelle bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Sekundärluftquelle um eine Luftpumpe.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Sekundärluftquelle um eine Spülluftpumpe.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge durch eine Veränderung der Drehzahl der Luftpumpe eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge von einem e-Kompressor bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge durch eine Taktung eines Sekundärluftventils oder einen variablen Querschnitt des Sekundärluftventils bereitgestellt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass sie eine schnelle Aufheizung eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten und niedrigen Kühlmitteltemperaturen ermöglicht, ohne dass Fahrbarkeits-Einbußen auftreten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die auftretenden Schadstoffemissionen klein gehalten werden, insbesondere die Stickoxidemissionen. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren.
Es zeigt:

1 eine Skizze einer Vorrichtung zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators,
2 ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators und
3 ein zweites Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators.

Die 1 zeigt eine Skizze einer Vorrichtung zum Aufheizen eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators.
Zu der in der 1 gezeigten Vorrichtung gehört ein mit einem Kraftstofftank 5 verbundener Aktivkohlebehälter 1. Diesem Aktivkohlebehälter 1 wird über einen Luftfilter 8 Frischluft zugeführt. Des Weiteren ist der Aktivkohlebehälter 1 über eine Spülluftpumpe 2 an ein Tankentlüftungsventil 4 angeschlossen. In der Leitung zwischen der Spülluftpumpe 2 und dem Tankentlüftungsventil 4 ist ein Drucksensor 3 positioniert.
Der durch das Tankentlüftungsventil 4 fließende Massenstrom wird stromauf eines Verdichters 10 in den Luftpfad 9 des Kraftfahrzeugs geleitet und dort mit zu verdichtender Frischluft vermischt, die dem Luftpfad 9 über einen weiteren Luftfilter 7 zugeführt wird.
Der Verdichter 10 ist Bestandteil eines Abgasturboladers, zu welchem des Weiteren eine Turbine 17 gehört, die mit dem Verdichter 10 über eine mit einer gestrichelten Linie angedeutete Welle verbunden ist.
Der mittels des Verdichters 10 verdichtete Massenstrom, zu welchem der über den Luftfilter 7 zur Verfügung gestellte Frischluftstrom und der durch das Tankentlüftungsventil 4 fließende Massenstrom gehören, wird im weiteren Verlauf des Luftpfades 9 über einen Ladeluftkühler 11 und eine Drosselklappe 13 dem Kurbelgehäuse 15 des Kraftfahrzeugs zugeleitet und dort zusammen mit Kraftstoff in die Brennräume des Kraftfahrzeugs eingespritzt.
Zwischen dem Ladeluftkühler 11 und der Drosselklappe 13 ist im Luftpfad 9 ein Drucksensor 12 vorgesehen. Zwischen der Drosselklappe 13 und dem Kurbelgehäuse 15 ist im Luftpfad 9 ein weiterer Drucksensor 14 vorgesehen. Das beim Verbrennungsvorgang gebildete Abgas wird über einen Abgastrakt 16 der Turbine 17 zugeführt und wird in der Turbine zum Antrieb des Turbinenrades verwendet, welches über die Welle das im Verdichter vorgesehene Verdichterrad antreibt. Das von der Turbine 17 ausgegebene Abgas wird über einen Dreiwegekatalysator 18 und einen Vierwegekatalysator 19, welcher einen Partikelfilter aufweist, einem nicht dargestellten Abgasendrohr des Kraftfahrzeugs zugeführt und über dieses an die Umgebung ausgegeben.
Zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs ist eine Motorsteuerung 6 vorgesehen, die auf Basis ihr zugeführter Eingangssignale 20 und einer abgespeicherten Arbeitssoftware Ausgangssignale 21 bereitstellt. Bei den der Motorsteuerung 6 zugeführten Eingangssignalen 20 handelt es sich insbesondere um Sensorsignale und von einer übergeordneten Steuerung bereitgestellte Datensignale. Zu den Sensorsignalen gehören beispielsweise Drucksensorsignale, Temperatursensorsignale und Fahrpedalstellungssignale. Zu den Ausgangssignalen 21 der Motorsteuerung 6 gehören insbesondere Steuersignale für die Einspritzventile und das Tankentlüftungsventil 4.
Des Weiteren weist die in der 1 gezeigte Vorrichtung einen Sekundärluftpfad 29 auf, der ausgehend von der Spülluftpumpe 2 über ein Sekundärluftventil 24 stromauf des Vierwegekatalysators 19 und über ein Sekundärventil 23 stromauf des Dreiwegekatalysators 18 in den Abgastrakt 16 führt, und zwar entweder zwischen der Turbine 17 und dem Dreiwegekatalysator 18 oder -wie es in der 1 gestrichelt angedeutet ist- stromauf der Turbine 17. Folglich dient bei diesem Ausführungsbeispiel die Spülluftpumpe 2 als Sekundärluftquelle. Stromab der Turbine 17 sind im Abgastrakt mehrere Sensoren vorgesehen. Zu diesen Sensoren gehört ein Differenzdrucksensor 22, wobei einer der Anschlüsse des Differenzdrucksensors stromauf des Vierwegekatalysators und der andere Anschluss des Differenzdrucksensors stromab des Vierwegekatalysators an den Abgastrakt angeschlossen ist. Zu den genannten Sensoren gehört des Weiteren ein Regelsensor 31, der stromab des Dreiwegekatalysators und stromauf des Vierwegekatalysators 19 im Abgastrakt 16 angeordnet ist. Der Regelsensor 31 kann auch ein Sensor sein, der des Weiteren zur Diagnose des Dreiwegekatalysators und zur Trimmregelung der Lambdaregelung verwendet wird, oder ein separater Sensor 25 sein. Die Ausgangssignale der genannten Sensoren werden der Motorsteuerung 6 als Eingangssignale 20 zugeführt. Die Motorsteuerung 6 berechnet nach hinterlegten Algorithmen ihre Ausgangssignale 21, die den Aktoren der gezeigten Vorrichtung als Steuersignale zugeführt werden.
Zu diesen Aktoren gehören unter anderem die Spülluftpumpe 2 und die Sekundärluftventile 23 und 24, die von der Motorsteuerung 6 mit jeweiligen Steuersignalen beaufschlagt werden, anhand derer eine Regelung der in den Abgastrakt 16 geleiteten Sekundärluft erfolgt.
Eine Regelung der in den Abgastrakt 16 geleiteten Sekundärluft erfolgt insbesondere zum schnellen Aufheizen eines im Abgastrakt angeordneten beschichteten Katalysators.
Zur Durchführung dieses schnellen Aufheizens ist in der Motorsteuerung 6 ein Regelungsalgorithmus hinterlegt, der durch eine Auswertung der einen Istwert für die Regelung bildenden Ausgangssignale des stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators angeordneten Regelsensors 31 eine Regelung derart vornimmt, dass die stromab des Vierwegekatalysators und damit stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators vorliegende Luftzahl λ um die stöchiometrische Luftzahl oszilliert.
Bei dem stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators angeordneten Regelsensor 31 kann es sich um einen Stickoxidsensor, einen Lambdasensor oder einen Ammoniaksensor handeln, wobei jeder dieser Sensoren auch ein Kombinationssensor sein kann, der beispielsweise sowohl die Funktion eines Stickoxidsensors als auch die Funktion eines Ammoniaksensors ausübt oder sowohl die Funktion eines Lambdasensors als auch die Funktion eines Ammoniaksensors ausübt.
Um das genannte Oszillieren der Luftzahl um ihren stöchiometrischen Wert zu erreichen, wird beispielsweise die Sekundärluftmenge erhöht, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung fett detektiert wird oder wenn eine Erhöhung des Ammoniakgehalts im Abgas detektiert wird. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, die Sekundärluftmenge zu erhöhen, wenn eine berechnete negative Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit abgeschalteter Sekundärlufteinblasung oder reduzierter Sekundärluftmenge dem Partikelfilter entzogen wurde, einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Um das genannte Oszillieren der Luftzahl um ihren stöchiometrischen Wert zu erreichen, wird die Sekundärluftmenge erniedrigt, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung mager detektiert wird oder ein Anstieg der Stickoxidemissionen detektiert wird oder eine berechnete Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit aktiver Sekundärlufteinblasung vorliegt, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Sekundärluftquelle die Spülluftpumpe 2 verwendet. Diese übt folglich eine Doppelfunktion aus. Zum einen unterstützt sie den Entlüftungsvorgang des Kraftstofftanks 5 und des Aktivkohlebehälters. Zum anderen dient sie beim schnellen Aufheizen eines im Abgastrakt 16 angeordneten Katalysators als Sekundärluftquelle.
Alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Sekundärluftquelle auch eine elektrisch betriebene Luftpumpe verwendet werden.
Eine Einleitung der jeweils erforderlichen Sekundärluftmenge in den Abgastrakt kann durch eine geeignete Einstellung bzw. Veränderung der Drehzahl der Luftpumpe erreicht werden und/oder durch eine jeweils geeignete Einstellung bzw. Veränderung des Durchlassquerschnitts des jeweiligen Sekundärluftventils 23 oder 24.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge unter Verwendung eines e-Kompressors bereitzustellen.
Mittels der in der 1 dargestellten Vorrichtung besteht sowohl die Möglichkeit, den Dreiwegekatalysator 18 schnell in seinen betriebsbereiten Zustand aufzuheizen, als auch die Möglichkeit, den Vierwegekatalysator 19 und damit auch den in den Vierwegekatalysator integrierten Partikelfilter schnell in seinen betriebsbereiten Zustand aufzuheizen.
Die Aufheizung des Dreiwegekatalysators 18 erfolgt unter Verwendung der von der Spülluftpumpe 2 über den Sekundärluftpfad 29 bereitgestellten Sekundärluft, welche durch das Sekundärluftventil 23 stromauf des Dreiwegekatalysators in den Abgastrakt 16 geleitet wird. Diese Sekundärluft wird zusammen mit dem von der Turbine 17 ausgegebenen Abgas einer vor dem Dreiwegekatalysator 18 angeordneten elektrischen Heizscheibe 30 zugeführt, die den ihr zugeführten Gasmassenstrom erhitzt. Dieser erhitzte Gasmassenstrom beschleunigt ein Aufheizen des Dreiwegekatalysators 18, so dass dieser schnell seinen betriebsbereiten Zustand erreicht und seine Katalysatorwirkung auf das zugeführte Abgas ausüben kann.
Da das vom Dreiwegekatalysator 18 ausgegebene Abgas durch die genannten Heizmaßnahmen bereits eine hohe Temperatur aufweist und zum Vierwegekatalysator 19 weitergeleitet wird, wird auch der in den Vierwegekatalysator integrierte Partikelfilter schnell in seinen betriebsbereiten Zustand aufgeheizt. Dabei kann die Aufheizung des Vierwegekatalysators und damit auch des Partikelfilters dadurch weiter beschleunigt werden, dass durch das Sekundärluftventil 24 von der Spülluftpumpe 2 bereitgestellte Sekundärluft zwischen dem Dreiwegekatalysator 18 und dem Vierwegekatalysator 19 und damit stromauf des Vierwegekatalysators in den Abgastrakt 16 geleitet wird.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass mittels der Motorsteuerung 6 eine geregelte Dosierung der Sekundärluft vorgenommen wird, durch welche eine stöchiometrische Luftzahl stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators sichergestellt wird. Durch diese geregelte Dosierung befindet sich der jeweilige Katalysator in seinem optimalen Konvertierungsbereich. Dabei werden auch die Stickoxidemissionen klein gehalten. Wie bereits oben im Zusammenhang mit der 1 ausgeführt wurde, wird dabei das Einblasen der Sekundärluft in den Abgastrakt 16 derart geregelt, dass die stromab des aufzuheizenden Katalysators vorliegende Luftzahl um den stöchiometrischen Wert oszilliert.
Als Regelsensor, dessen Ausgangssignal als Istwert für die Regelung herangezogen wird, kann für eine Aufheizung des Dreiwegekatalysators 18 ein stromab des Dreiwegekatalysators zwischen dem Dreiwegekatalysator 18 und dem Vierwegekatalysator 19 im Abgastrakt 16 angeordneter Regelsensor 31 verwendet werden oder ein stromab des Vierwegekatalysators 25 im Abgastrakt 16 angeordneter Regelsensor 25. Für eine Aufheizung des Vierwegekatalysators 19 und damit auch des im Vierwegekatalysator angeordneten Partikelfilters wird ein im Abgastrakt 16 stromab des Vierwegekatalysators 25 angeordneter Regelsensor als Istwertgeber für die Regelung verwendet.
Bei dem stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators angeordneten Regelsensor kann es sich um einen Stickoxidsensor, einen Lambdasensor oder einen Ammoniaksensor handeln, wobei jeder dieser Sensoren auch ein Kombinationssensor sein kann, der beispielsweise sowohl die Funktion eines Stickoxidsensors als auch die Funktion eines Ammoniaksensors ausübt oder sowohl die Funktion eines Lambdasensors als auch die Funktion eines Ammoniaksensors ausübt.
Um das genannte Oszillieren der Luftzahl um ihren stöchiometrischen Wert zu erreichen, wird die Sekundärluftmenge erhöht, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung fett detektiert wird oder wenn eine Erhöhung des Ammoniakgehalts im Abgas detektiert wird. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, die Sekundärluftmenge zu erhöhen, wenn eine berechnete negative Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit abgeschalteter Sekundärlufteinblasung dem Partikelfilter entzogen wurde, einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Um das genannte Oszillieren der Luftzahl um ihren stöchiometrischen Wert zu erreichen, wird die Sekundärluftmenge erniedrigt, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung mager detektiert wird oder ein Anstieg der Stickoxidemissionen detektiert wird oder eine berechnete Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit aktiver Sekundärlufteinblasung vorliegt, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Sekundärluftquelle die Spülluftpumpe 2 verwendet. Diese übt folglich eine Doppelfunktion aus. Zum einen unterstützt sie den Entlüftungsvorgang des Kraftstofftanks 5. Zum anderen dient sie bei der Aufheizung des jeweiligen Katalysators als Sekundärluftquelle.
Alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann als Sekundärluftquelle auch eine elektrisch betriebene Luftpumpe verwendet werden.
Eine Einleitung der jeweils erforderlichen Sekundärluftmenge in den Abgastrakt kann durch eine geeignete Einstellung bzw. Veränderung der Drehzahl der Luftpumpe erreicht werden und/oder durch eine jeweils geeignete Einstellung bzw. Veränderung des Durchlassquerschnitts des jeweiligen Sekundärluftventils 23 bzw. 24.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge unter Verwendung eines e-Kompressors bereitzustellen.
Die 2 zeigt ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufheizung eines Katalysators. In diesem Diagramm sind nach rechts die Zeit t in s und nach oben im obersten Diagrammbereich der Verlauf des Ausgangssignals eines zuätzlich angebrachten Temperatursensors stromab des Dreiwegekatalysators. Nach etwa 30 Sekunden nach dem Motorstart, der bei Sekunde 40 erfolgt, ist der gesamte Dreiwegekatalysator oberhalb der Anspringtemperatur von 300 °C. Im mittleren Diagrammbereich sind die stromauf des Dreiwegekatalysators auftretenden NOx-Emissionen (MFL_NOx_ns_up_EHC) mit einer punktierten Linie und die stromab des Dreiwegekatalysators auftretenden NOx-Emissionen (MFL_NOx_ns_down_EHC) mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Sofort nach dem Motorstart bei Sekunde 40 erfolgt eine Konvertierung der NOx-Emissionen. Aus den Integralen der NOx-Emissionen stromauf und stromab des Dreiwegekatalysators, die im unteren Diagrammbereich dargestellt sind, ist eine deutliche NOx-Konvertierung ersichtlich.
Aus den dargestellten Verläufen ist nach alledem insbesondere ersichtlich, dass die NOx-Emissionen deutlich reduziert werden können und ein sehr schnelles Erwärmen des gesamten Katalysators stattfindet.
Die 3 zeigt ein zweites Diagramm zur Veranschaulichung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufheizung eines Katalysators. In diesem Diagramm sind nach rechts die Zeit t in s und nach oben verschiedene Verläufe dargestellt. Das dargestellte lineare Lambdasignal stammt von der Lambdaregelsonde der Motorsteuerung. Wegen der niedrigen Kühlmitteltemperatur wird der Motor mit fettem Lambda betrieben. Das dargestellte binäre Lambdasignal ist das Ausgangssignal einer binären Lambdasonde, welche zur Katalysatorwirkungsgraddiagnose verwendet wird. In diesem Fall wird dieses binäre Lambdasignal zusätzlich zur Regelung der Sekundärluft verwendet, damit der Dreiwegekatalysator trotz des fettem Motorbetriebs im Mittel bei stöchiometrischem Luftverhältnis betrieben wird. Dies ist durch eine zusätzlich stromab des Dreiwegekatalysators angeordnete lineare Lambdasonde veranschaulicht, wobei deren Ausgangssignal durch eine strichlierte Linie dargestellt ist.
Im mittleren Diagrammbereich sind die Ausgangssignale von Temperatursensoren dargestellt, wobei einer dieser Temperatursensoren stromab des elektrisch beheizten Katalysators angeordnet ist und der andere Temperatursensor dem zusätzlich angebrachten, bereits im Zusammenhang mit der 2 genannten Temperatursensor stromab des Dreiwegekatalysators entspricht. Um eine Konvertierung der Emissionen gleich zum Beginn des Motorstarts bei Sekunde 40 zu ermöglichen, wurden der elektrisch beheizten Katalysator und die Sensoren bereits vor dem Motorstart vorgeheizt, so dass beim Motorstart bereits eine Temperatur von etwa 500°C vorliegt.
Im unteren Diagrammbereich ist die PWM Vorgabe für den beheizten Katalysator dargestellt. Während der Vorheizphase wird der beheizte Katalysator mit 100 % Leistung betrieben. Bei Sekunde 50 erreicht der beheizte Katalysator die Solltemperatur von 600 °C und geht dann in den Temperaturregelbetrieb. Des Weiteren sind im unteren Diagrammbereich noch der mittlere Sekundärluftmassenstrom und der oszillierende Sekundärluftmassenstrom dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass der Dreiwegekatalysator im Mittel mit einem stöchiometrischem Gemisch betrieben wird.
Ebenso werden die im Abgastrakt befindlichen Abgassensoren vor einem Starten des Verbrennungsmotors vorgeheizt.
Aus diesen Verläufen ist insbesondere ersichtlich, dass der Katalysator auch bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen eine gleichzeitige Umsetzung der CO-, HC- und NOx Emissionen ermöglicht. Dadurch unterscheidet sich dieses Verfahren von einer heute üblichen Sekundärlufteinblasung, bei welcher lediglich die CO- und die HC-Emissionen im Katalysator umgesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird -wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist- die jeweils notwendige Sekundärluftmenge unter Verwendung der Ausgangssignale eines stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators angeordneten Regelsensors als Istwerte ermittelt. Als Istwerte können insbesondere die Ausgangssignale eines Stickoxidsensors, eines binären Lambdasensors, einer linearen Lambdasonde oder eines Ammoniaksensors verwendet werden.
Eine Zuschaltung der Sekundärlufteinblasung kann variabel anhand eines oder mehrerer der folgenden Kriterien erfolgen:

- einer Veränderung des binären Lambdasignals in Richtung fett;
- einer Veränderung des linearen Lambdasignals in Richtung fett;
- einem Anstieg der Ammoniakemissionen;
- einer berechneten negativen Sauerstoffdioxidmenge, welche während der Phase mit abgeschalteter Sekundärlufteinblasung dem Partikelfilter entzogen wurde, wenn diese einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.

Eine Abschaltung der Sekundärlufteinblasung kann variabel anhand eines oder mehrerer der folgenden Kriterien erfolgen:

- einer Veränderung des binären Lambdasignals in Richtung mager;
- einer Veränderung des linearen Lambdasignals in Richtung mager;
- einem Anstieg der Ammoniakemissionen;
- einer berechneten Sauerstoffdioxidmenge, welche während der Phase mit aktiver Sekundärlufteinblasung dem Partikelfilter zugeführt wurde, wenn diese einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge kann durch eine Drehzahlveränderung einer als Sekundärluftquelle verwendeten Spülluftpumpe eingestellt werden. Dies wirkt sich positiv auf niedrige Kohlenmonoxid- und Ammoniakemissionen aus.
Alternativ dazu kann die erforderliche Sekundärluftmenge durch eine Taktung eines Sekundärluftventils bereitgestellt werden, d.h. durch ein Öffnen und Schließen des jeweiligen Sekundärluftventils, welchem von einer Spülluftpumpe gelieferte Sekundärluft zugeführt wird, derart, dass stromab des jeweils aufzuheizenden Katalysators eine um die stöchiometrische Luftzahl oszillierende Luftzahl vorliegt. Dabei müsste allerdings der Nachteil in Kauf genommen werden, dass im Vergleich zu einer Regelung der Sekundärluftmenge mittels einer Drehzahlveränderung der Spülluftpumpe höhere Kohlenmonoxid- und Ammoniakemissionen auftreten.
Bei der oben beschriebenen Erfindung erfolgt nach alledem während des Aufheizens eines im Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators eine Regelung der Luftzahl, bei welcher die in den Abgastrakt geblasene Sekundärluftmenge unter Verwendung eines stromab des jeweiligen Katalysators angeordneten Regelsensors geregelt wird.
Bezugszeichenliste

1: Aktivkohlebehälter
2: Spülluftpumpe
3: Drucksensor
4: Tankentlüftungsventil
5: Kraftstofftank
6: Motorsteuerung
7: Luftfilter
8: Luftfilter
9: Luftpfad
10: Verdichter
11: Ladeluftkühler
12: Drucksensor
13: Drosselklappe
14: Drucksensor
15: Kurbelgehäuse
16: Abgastrakt
17: Turbine
18: Dreiwegekatalysator
19: Partikelfilter
20: Eingangssignale
21: Ausgangssignale
22: Differenzdrucksensor
23: Sekundärluftventil
24: Sekundärluftventil
25: Regelsensor
26: Ventil
27: Druck- und Temperatursensor
29: Sekundärluftpfad
30: Heizscheibe
31: Regelsensor

Claims

Verfahren zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung einer in den Abgastrakt (16) geleiteten Sekundärluftmenge vorgenommen wird, bei welcher ein Istwert für die Regelung von einem stromab des Katalysators angeordneten Regelsensor (31) bereitgestellt wird und bei welcher die Regelung derart vorgenommen wird, dass die stromab des Katalysators vorliegende Luftzahl um die stöchiometrische Luftzahl oszilliert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Stickoxidsensor bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Lambdasensor bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert von einem stromab des Katalysators angeordneten Ammoniaksensor bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgastrakt angeordnete Abgassensoren und Abgaskatalysatoren vor einem Starten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs auf deren Betriebstemperatur vorgeheizt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge erhöht wird, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung fett detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge erhöht wird, wenn eine Erhöhung des Ammoniakgehalts im Abgas detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge erhöht wird, wenn eine berechnete negative Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit abgeschalteter Sekundärlufteinblasung einem im Abgastrakt angeordneten Partikelfilter entzogen wurde, einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge reduziert wird, wenn eine Änderung des Lambdawertes in Richtung mager detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge reduziert wird, wenn ein Anstieg der Stickoxidemissionen detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftmenge reduziert wird, wenn eine berechnete Sauerstoffdioxidmenge, welche während einer Phase mit aktiver Sekundärlufteinblasung vorliegt, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge von einer Sekundärluftquelle bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftquelle eine Luftpumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftquelle eine Spülluftpumpe (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge durch eine Veränderung der Drehzahl der Luftpumpe eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge von einem e-Kompressor bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils erforderliche Sekundärluftmenge durch eine Taktung eines Sekundärluftventils (23, 24) oder einen variablen Öffnungsquerschnitt eines Sekundärluftventils (23, 24) bereitgestellt wird.
Vorrichtung zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Motorsteuerung (6) aufweist, welche zur Steuerung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.