DE102022208296A1

DE102022208296A1 - Verfahren zur Leistungseinstellung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102022208296A1
Application number: DE102022208296.6A
Authority: DE
Inventors: Erwin Achleitner; Christian Kubitz; Patrick Borsch
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2024-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Leistung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgaskatalysator und einer Steuerungseinrichtung, wobei die Leistung der Verbrennungskraftmaschine mittels Veränderung von in der Steuerungseinrichtung gespeicherten Betriebsparametern einstellbar ist, wobei in einem Verfahrensschritt eine Warmlaufphase des Abgaskatalysators mittels des Starts der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird, in der der Abgaskatalysator von einer Starttemperatur auf eine Anspringtemperatur aufgeheizt wird, wobei während der Warmlaufphase mindestens ein Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit einer in den Abgaskatalysator eingetragenen Heizenergie derart eingestellt wird, dass ein in den Abgaskatalysator eingeleiteter Abgasmassenstrom auf ein Maß reduziert wird, welches einem zulässigen Abgasmassenstrom entspricht, wobei der zulässige Abgasmassenstrom kleiner oder gleich einem Abgasmassenstrom ist, der einer Konvertierungskapazität von aktiven Katalysebereichen des Abgaskatalysators, also Bereichen des Abgaskatalysators, die eine Temperatur bei oder oberhalb der Anspringtemperatur erreicht haben, entspricht. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuerungseinrichtung die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungseinstellung einer einen Abgaskatalysator aufweisenden Verbrennungskraftmaschine.
Gesetzliche Vorschriften machen es bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen erforderlich, die durch Verbrennung eines Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern entstehenden Rohemissionen, so weit wie möglich zu senken. In Verbrennungskraftmaschinen kommen dafür Abgasnachbehandlungssysteme zum Einsatz, die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff - Gemisches in den Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
Hierzu dienen beispielsweise Abgaskatalysatoren (im Folgenden auch Katalysatoren), in denen eine chemische Umwandlung von Verbrennungsschadstoffen durch Oxidation bzw. Reduktion des jeweiligen Schadstoffes durchgeführt wird. Dazu weisen die Abgaskatalysatoren aktive Katalysebereiche auf, in denen die chemische Umwandlung stattfindet.
Für die optimale Reduktion der Schadstoffe im Abgasstrom muss der Abgaskatalysator eine bestimmte Betriebstemperatur erreichen. Wenn der Abgaskatalysator nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in der Warmlaufphase des Katalysators, seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, entstehen vergleichsweise hohe Schadstoffemissionen.
Die nötige Betriebstemperatur ist von verschiedenen Parametern wie zum Beispiel Kraftstoffzusammensetzung und Katalysatoraufbau abhängig und beginnt üblicherweise bei einer Temperatur von circa 300 °C. Diese Betriebstemperatur wird Anspringtemperatur genannt (auch als Light-Off-Temperatur bekannt).
Die für die Warmlaufphase benötigte Dauer kann mit bestimmten Maßnahmen möglichst verkürzt werden, beispielsweise indem der Katalysator nahe am Abgaskrümmer installiert wird. Auch kann die Verbrennungskraftmaschine in der Warmlaufphase modifiziert betrieben werden, beispielsweise mit späterem Zündzeitpunkt zugunsten einer höheren Abgastemperatur. Die Verzögerung des Zündzeitpunktes führt allerdings zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines elektrischen Heizelements in dem Katalysator, welches eine stark beschleunigte Aufwärmung des Katalysators erbringen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaskatalysator bereitzustellen, bei dem die Schadstoffemission während der Warmlaufphase zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Fähigkeit des Abgaskatalysators, Schadstoffe zu reduzieren, hängt unter anderem vom Alter des Abgaskatalysators sowie von der chemischen und thermischen Belastung während der Alterung des Abgaskatalysators ab. Neben der Beschichtung und des Edelmetallgehalts ist die Raumgeschwindigkeit (v_Space) des Abgaskatalysators eine charakteristische Größe. So lange nicht das gesamte Katalysatorvolumen (V_Cat) oberhalb der sogenannten Anspringtemperatur (T_Light-off) liegt, sind die Konvertierungseigenschaften des Abgaskatalysators reduziert, da nur ein Teil des Katalysatorvolumens (V_Cat) zur Konvertierung beiträgt.
Mit zunehmendem Alter sowie bei hoher thermischer und chemischer Belastung nimmt die Konvertierungseigenschaft des Abgaskatalysators ab, wodurch die Schadstoffemissionen vor allem während der Aufheizphase des Abgaskatalysators ansteigen. Um diesen zu reduzieren, wird die erfindungsgemäße Leistungsbegrenzung der Verbrennungskraftmaschine während der Warmlaufphase vorgeschlagen.
Verfahren zur Einstellung der Leistung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgaskatalysator und einer Steuerungseinrichtung, wobei die Leistung der Verbrennungskraftmaschine mittels Veränderung von in der Steuerungseinrichtung gespeicherten Betriebsparametern einstellbar ist, wobei in einem Verfahrensschritt eine Warmlaufphase des Abgaskatalysators mittels des Starts der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird, in der der Abgaskatalysator von einer Starttemperatur auf eine Anspringtemperatur aufgeheizt wird, wobei während der Warmlaufphase mindestens ein Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit einer in den Abgaskatalysator eingetragenen Heizenergie derart eingestellt wird, dass ein in den Abgaskatalysator eingeleiteter Abgasmassenstrom auf ein Maß reduziert wird, welches einem zulässigen Abgasmassenstrom entspricht, wobei der zulässige Abgasmassenstrom kleiner oder gleich einem Abgasmassenstrom ist, der einer Konvertierungskapazität von aktiven Katalysebereichen des Abgaskatalysators, also Bereichen des Abgaskatalysators, die eine Temperatur bei oder oberhalb der Anspringtemperatur erreicht haben, entspricht.
Die Warmlaufphase kann sich vom Start der Verbrennungskraftmaschine bis zu einem Zeitpunkt erstrecken, zu dem alle Katalysebereiche des Abgaskatalysators die Anspringtemperatur erreicht haben.
Besonders effektiv arbeitet ein Abgaskatalysator erst nachdem sämtliche Katalysebereiche des Katalysators die sogenannte Anspringtemperatur erreicht haben. Die Teile des Abgaskatalysators, die die Anspringtemperatur noch nicht erreicht haben, tragen nicht oder nur mit geringem Anteil zur Konvertierung des Abgasstroms bei. In einer Warmlaufphase, also zum Beispiel nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine bis zum Erreichen der Anspringtemperatur im Katalysator, wird Abgas der Verbrennungskraftmaschine in den Abgastrakt und im Weiteren durch den Abgaskatalysator geführt. Mit Hilfe des warmen Abgasstromes können die Katalysebereiche des Abgaskatalysators, die noch nicht die Anspringtemperatur erreicht haben, auf und über die Anspringtemperatur erwärmt werden. Zusätzlich eine elektrische Heizung vorgesehen sein, die während der Warmlaufphase aktivierbar ist und den Katalysator mittels elektrischer Energie beheizen kann. Es ist Ziel einer effizienten und schnellen Aufheizung eines Abgaskatalysators den Bereich des Katalysators, der unterhalb der Anspringtemperatur liegt, so klein wie möglich zu halten.
Erfindungsgemäß wird der zulässige Abgasmassenstrom (m_{Exhaus_perm}) auf ein Maß eingestellt, das einer Konvertierungskapazität von aktiven Katalysebereichen des Abgaskatalysators entspricht. Hierbei wird die in den Katalysator eingebrachte Heizenergie (E_Cat) berücksichtigt. Die Abhängigkeit des zulässigen Abgasmassenstroms (m_{Exhaus_perm}) von der in den Katalysator eingebrachten Heizenergie (E_Cat) lässt sich wie folgt beschreiben.
Um den gesamten Abgaskatalysator über die Anspringtemperatur zu erwärmen, ist eine Energie in Höhe der sogenannten Light-Off-Energie (E_Light-Off) aufzubringen. Die Light-Off-Energie, die von der Wärmekapazität des Katalysators abhängig ist, kann entweder aus Kenndaten des Katalysatorsystems ermittelt werden oder unter Auswertung folgender Gleichungen.
Die in den Abgaskatalysator eingetragene Heizenergie (E_Cat) kann unter Verwendung folgender Gleichung G1 bestimmt werden: $E_{C a t} = \int (m_{E x h a u s t} \times c_{p}^{E x h a u s t} \times (T_{E n t r y} - T_{A m b i e n t}) + P_{e l}) d t$
Wobei für Gleichung G1 und im Weiteren gilt: m_Exhaust ist der durch den Abgaskatalysator geführte Abgasmassenstrom, zum Beispiel in Kilogramm pro Sekunde (kg/s); T_Entry ist die Temperatur des Abgasstroms beim Eintritt in den Katalysator (Eintrittstemperatur), zum Beispiel in Kelvin (K), und P_el ist die elektrische Heizleistung des Abgaskatalysators, zum Beispiel in Watt (W); die Konstante c_p ^Exhaust ist die Wärmekapazität des Abgaskatalysators, zum Beispiel in Joule pro Kelvin (J/K); T_Ambient ist die die Temperatur in der Umgebung des Katalysators (Umgebungstemperatur), also beispielsweise die Außentemperatur, zum Beispiel in Kelvin (K). Sollte der Abgaskatalysator kein beheizbarer Abgaskatalysator sein (EHC - electrical heated catalyst), ist P_el gleich Null.
Die Light-Off-Energie (E_Light-Off) kann aus den Kenndaten des Katalysatorsystems berechnet werden oder beispielsweise unter Auswertung von Gleichung G1 bestimmt werden, bis am Austritt vom Katalysatorsystem die Anspringtemperatur (T_Light-off) erreicht bzw. überschritten ist. Zur Auswertung der Gleichungen G1 kann ein Testlauf des Abgassystems durchgeführt werden, beispielsweise auf einem Motorprüfstand. Während des Testlaufes können die Daten betreffend den Abgasmassenstrom (m_Ehaust), Eintrittstemperatur (T_Entry), Umgebungstemperatur (T_Ambient) und ggf. die elektrische Heizleistung (P_el) aufgezeichnet zur Auswertung der Gleichung G1 verwendet werden. Entspricht die Abgastemperatur am Ausgang des Abgassystems (T_Exit) der Anspringtemperatur, kann angenommen werden, dass alle Katalysebereiche des Abgaskatalysators die Anspringtemperatur erreicht haben. Die bis dahin in den Abgaskatalysator eingebrachte Heizenergie (E_Cat) entspricht der Light-Off-Energie (E_Light-Off).
Zur Steigerung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Light-Off-Energie (E_Light-Off) kann zusätzlich die Energie des Abgasstroms am Ausgang des Abgaskatalysators (E_Exit) berücksichtigt werden.
Die Energie des Abgasstroms am Ausgang des Abgaskatalysators (E_Exit) kann wie folgt ermittelt werden: $E_{E x i t} = \int (m_{E x h a u s t} \times c_{p}^{E x h a u s t} \times (T_{E x i t} - T_{A m b i e n t})) d t$
Die Energie des Abgasstroms am Ausgang des Abgassystems kann von der in den Katalysator eingetragenen Heizenergie (E_Cat) subtrahiert werden, wie in Gleichung G3 dargestellt. $E_{L i g h t - O f f} = E_{C a t} - E_{E x i t}$
Eine Kenngröße bei der Katalysatorauslegung ist die Raumgeschwindigkeit (auch bekannt als Space Velocity) des Katalysators. Die Raumgeschwindigkeit ist der Quotient des durch den Abgaskatalysator geführten Abgasvolumenstroms (V̇_Exhaust), mit dem räumlichen Volumen (V_Cat) des Katalysators. Wird der Volumenstrom auf die Stunde bezogen, ergibt sich die Einheit zu 1/h.
Der Abgasvolumenstrom ist der Quotient des Abgasvolumenstroms mit der Abgasdichte. Die Raumgeschwindigkeit kann somit in Kenntnis des Abgasmassenstrom (m_Abgas) und der Abgasdichte (ρ_Abgas) und dem Katalysatorvolumen (V_Kat) berechnet werden. Typische Werte für die Raumgeschwindigkeit liegen im Bereich 100.000 - 200.000 pro Stunde (1/h).
Die Raumgeschwindigkeit bzw. Space Velocity (v_Space) kann wie folgt bestimmt werden: $v_{S p a c e} = \frac{m_{E x h a u s t}}{ρ_{E x h a u s t}} \times \frac{3600}{V_{E x h a u s t}}$
Wobei für die Gleichung G4 und im Weiteren gilt: ρ_Exhaust ist die Abgasdichte, zum Beispiel in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³), und V_Cat ist das Volumen des Abgaskatalysators, zum Beispiel in Kubikmeter (m³).
Nur die Teile des Katalysators, die bei einer Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur liegen, werden in das aktive Katalysatorvolumen einbezogen. Während der Warmlaufphase, in der Teile des Katalysators die Anspringtemperatur noch nicht erreicht haben, liegt die Raumgeschwindigkeit des aktiven Katalysatorvolumen also unterhalb der Raumgeschwindigkeit (v_Raum).
Die Raumgeschwindigkeit des aktiven Katalysatorvolumens (v_{Raum_aktiv}) kann also näherungsweise wie folgt ermittelt werden: $v_{S p a c e_a c t i v e} = v_{s p a c e} \times \frac{E_{C a t}}{E_{L i g h t - O f f}}$
Da nur die aktiven Katalysebereiche des Katalysators an einer optimalen Umsetzung des Abgases beteiligt sind, soll der Abgasmassenstrom zur Reduktion der Emission unbehandelter Teile des Abgases auf ein Maß reduziert werden, das von dem Katalysator in der Aufwärmphase potentiell behandelt werden kann. Dabei ist der zulässige Abgasmassenstrom kleiner oder gleich einem Abgasmassenstrom, der der Konvertierungskapazität von aktiven Katalysebereichen entspricht, also Bereichen des Abgaskatalysators, die eine Temperatur bei oder oberhalb der Anspringtemperatur erreicht haben. Die Konvertierungskapazität der aktiven Katalysebereiche des Abgaskatalysators wird hierbei beispielsweise - wie in Gleichung G5 gezeigt - durch das Verhältnis der in den Katalysator eingetragenen Heizenergie (E_Cat) und der Light-Off-Energie (E_Light-Off) repräsentiert.
Unter Berücksichtigung von Gleichungen G4 und G5 ergibt sich der zulässige Abgasmassenstrom wie folgt: $m_{E x h a u s t_p e r m} = v_{S p a c e_p e r m} \times \frac{E_{C a t}}{E_{L i g h t - O f f}} \times ρ_{E x h a u s t} \times \frac{V_{C a t}}{3600}$
Es ist also insbesondere daran gedacht, dass der mindestens eine Betriebsparameter des Weiteren in Abhängigkeit einer für den Abgaskatalysator zulässigen Raumgeschwindigkeit (v_{Space_perm}) eingestellt wird.
Der zulässige Abgasmassenstrom (m_{Exhaust_perm}) führt üblicherweise zu einer Reduktion der maximal zulässigen Motorleistung. Der zulässige Abgasmassenstrom kann über eine Durchflussbegrenzung der Luftmasse, beispielsweise mittels einer im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Drosselklappe, begrenzt werden.
Entsprechend ist daran gedacht, dass die Steuerungseinrichtung die Leistung derart zum Erreichen des zulässigen Abgasmassenstroms steuert, dass der Durchfluss einer Luftmasse in den Abgaskatalysator mittels Einstellung einer Ansteuerung einer Drosselklappe verändert wird.
Damit die Verbrennungskraftmaschine die erforderliche Leerlaufdrehzahl während des motorischen Katalysatorheizens einstellen kann, darf der zulässige Abgasmassenstrom (m_{Exhaust_perm}) nicht kleiner sein als der Abgasmassenstrom im Leerlauf der Maschine (m_{Exhaust_idle}), während sich eine im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Drosselklappe üblicherweise in einer Geschlossenstellung befindet.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist also folgende Bedingung vorgesehen: $m_{E x h a u s t_p e r m} \geq m_{E x h a u s t_i d l e}$
In einer Ausgestaltung ist daran gedacht, dass in einem Verfahrensschritt die zulässige Raumgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines den Abgaskatalysator betreffenden Eigenschaftsparameters eingestellt wird.
Die zulässige Raumgeschwindigkeit (V_{Space_perm}) während des Aufheizvorganges des Katalysators, also insbesondere während der Warmlaufphase, ist abhängig von den zum Beispiel auf Grundlage von Emissionsvorschriften zu erfüllenden Abgasemissionswerten und von dem üblicherweise mit zunehmendem Alter der Abgasanlage abnehmenden Wirkungsgrades des Katalysators. Es kann folglich vorgesehen sein, die zulässige Raumgeschwindigkeit bzw. den zulässigen Abgasmassenstrom mit der Reduktion des Katalysatorwirkungsgrades zu verringern. Bei einem neuen Katalysator kann beispielsweise eine initiale zulässige Raumgeschwindigkeit (V_{Space_perm}) von 200.000 1/h vorgesehen sein.
Bei der Einstellung der zulässigen Raumgeschwindigkeit ist beispielsweise daran gedacht, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators das Alter des Abgaskatalysators verwendet wird. Neben dem Alter des Katalysators kann natürlich auch alternativ oder zusätzlich das Alter einer oder mehrerer anderer Komponenten der Verbrennungskraftmaschine, der Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine, oder mit dem Katalysator in Verbindung stehender Systeme verwendet werden, deren Alter dem Alter des Abgaskatalysators entspricht.
Es ist alternativ oder zusätzlich denkbar, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators die Anzahl der Betriebsstunden des Abgaskatalysators verwendet wird. Denkbar ist auch, zusätzlich oder alternativ die Betriebsstunden und/oder die Laufleistung eines die Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Systems oder Fahrzeugs zu verwenden.
Weiter alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators eine mittels des Abgaskatalysators zu erreichende Umwandlungsleistung verwendet wird. Die zu erreichende Umwandlungsleistung kann beispielsweise von einem Benutzer der Verbrennungskraftmaschine, einem Betreiber oder einem Hersteller des Systems voreingestellt und/oder vorgebbar sein. Die zu erreichende Umwandlungsleistung kann beispielsweise auf Grundlage von behördlichen oder persönlichen Emissionsvorgaben, beispielsweise auf Grundlage von Emissionsgesetzen, ausgewählt sein.
Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich daran gedacht, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators der Katalysatorwirkungsgrad verwendet wird.
Das Maß der Reduktion des Katalysatorwirkungsgrades bzw. der Wirkungsgrad des Abgaskatalysators kann auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann - wenn die Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug verwendet wird - die Laufleistung des Fahrzeugs ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Katalysatordiagnose anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators durchgeführt werden (Katalysaorwirkungsgradiagnose OBD), wobei diese Wirkungsgraddiagnose während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Maschine durchgeführt werden kann. Weiter alternativ oder zusätzlich können die Messwerte eines Abgassensors, wie zum Beispiel eines NOx Sensors, ausgewertet werden.
Entsprechend kann gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass der Katalysatorwirkungsgrad mittels einer Katalysatordiagnose ermittelt wird, insbesondere mittels Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators.
Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Katalysatorwirkungsgrad mittels einer Auswertung von Messwerten eines Abgassensors ermittelt wird, insbesondere eines Stickoxid-Sensors (NO_x-Sensor).
Erfindungsgemäß ist zudem eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuerungseinrichtung die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen auszuführen. Vorzüge und mögliche Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ergeben sich auch aus den Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren.
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus der Figur ergeben.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10, einen mit der Verbrennungskraftmaschine 10 verbundenen Ansaugtrakt 15, einen Motorblock 20 mit mehreren, nicht näher bezeichneten Zylindern und einen Abgasstrang 25, in dem eine Abgasnachbehandlungsanlage 30 angeordnet ist, bzw. der sich durch die Abgasnachbehandlungsanlage 30 hindurch erstreckt. Der Verbrennungskraftmaschine 10 wird über den Ansaugtrakt 15 ein Ansaugluft-Massenstrom ALM, der auch als Primärluft-Massenstrom bezeichnet werden kann zugeführt. Mittels einer Kraftstoff-Einspritzanlage (hier nicht dargestellt) wird der Verbrennungskraftmaschine 10 Kraftstoff zugeführt. In den einzelnen Zylindern wird der Kraftstoff mit dem Ansaugluft-Massenstrom ALM verbrannt und als Abgas-Massenstrom AGM von der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Abgasstrang 25 ausgestoßen.
Die Abgasnachbehandlungsanlage 30 weist einen Abgaskatalysator 35 auf, beispielsweise einen Dreiwegekatalysator. Bezogen auf den Abgas-Massenstrom AGM stromabwärts des Abgaskatalysators 35 können noch weitere Abgasnachbehandlungskomponenten 40 im Abgasstrang 25 vorgesehen, von denen beispielhaft nur eine gezeigt ist. Der Abgaskatalysator 35 kann, wie schematisch angedeutet, als ein elektrisch beheizbarer Katalysator ausgebildet sein. Der Abgaskatalysator 35 umfasst ein Mantelrohr 36, das einen Katalysebereich 39 einschließt. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist vor dem Katalysebereich 39 eine elektrische Heizeinrichtung 37 angeordnet.
Der Katalysebereich 39 dient dazu, das im Abgasstrang 25 vorhandene Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 katalytisch zu behandeln bzw. zu oxidieren oder zu reduzieren bzw. umzuwandeln, damit das Abgas weitestgehend schadstofffrei in die Umgebung ausgeleitet werden kann.
Die Heizeinrichtung 37 kann beispielsweise als Heizscheibe ausgebildet und kann sich vollständig oder nahezu vollständig über den Durchmesser des Innenraums des Mantelrohrs 36, also über die gesamte oder über nahezu die gesamte Stirnfläche des Katalysatorsubstrats erstrecken, sodass beim Erwärmen der Heizscheibe eine große Wärmeenergie zur Erwärmung des Katalysebereichs 39 bzw. des Katalysatorsubstrats zur Verfügung gestellt und auf das Katalysatorsubstrat übertragen werden kann. Zur Fixierung der Heizeinrichtung 37 kann, wie hier gezeigt, beispielsweise stromaufwärts der Heizeirichtung 37 ein sogenannter Stützkatalysator 38 vorgesehen sein, der die Heizeinrichtung 37 bzw. die Heizscheibe stützt oder trägt.
In dem Katalysebereich 39 ist nahe der Heizeinrichtung 37 ein Temperatursensor 45 angeordnet, welcher die Temperatur in dem Katalysebereich 39 nahe der Heizeinrichtung 37 im Betrieb fortlaufend erfasst und somit Auskunft geben kann über die Temperatur des Katalysatorsubstrates an dieser Stelle oder in Verbindung mit Modellberechnungen zum Wärmeeintrag und der Temperaturverteilung zumindest angenähert die Temperaturverteilung im Katalysatorsubstrat bestimmen lässt.
Weiterhin ist bezogen auf den Abgas-Massenstrom AGM stromabwärts des Abgaskatalysators 35 ein Regelsensor 47 im Abgasstrang 25 angeordnet. Als Regelsensor 47 kann dabei vorzugsweise ein Lambdasensor dienen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Stickoxidsensor und/oder ein Ammoniaksensor stromabwärts des Abgaskatalysators 35 angeordnet ist. Auf Basis der Messwerte des Regelsensors 47 kann Abgas-Massenstrom AGM so geregelt werden, dass eine stromab des Abgaskatalysators 35 vorliegende Luftzahl, λ, sich dem stöchiometrischen Wert 1 annähert.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
15: Ansaugtrakt
20: Motorblock
25: Abgasstrang
30: Abgasnachbehandlungsanlage
35: Abgaskatalysator
36: Mantelrohr
37: elektrische Heizeinrichtung, Heizscheibe
38: Stützkatalysator
39: Katalysebereich
40: Abgasnachbehandlungskomponente
45: Temperatursensor
47: Regelsensor
AGM: Abgasmassenstrom
ALM: Ansaugluftmassenstrom

Claims

Verfahren zur Einstellung der Leistung einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgaskatalysator und einer Steuerungseinrichtung, wobei die Leistung der Verbrennungskraftmaschine mittels Veränderung von in der Steuerungseinrichtung gespeicherten Betriebsparametern einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt eine Warmlaufphase des Abgaskatalysators mittels des Starts der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird, in der der Abgaskatalysator von einer Starttemperatur auf eine Anspringtemperatur aufgeheizt wird, wobei während der Warmlaufphase mindestens ein Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit einer in den Abgaskatalysator eingetragenen Heizenergie derart eingestellt wird, dass ein in den Abgaskatalysator eingeleiteter Abgasmassenstrom auf ein Maß reduziert wird, welches einem zulässigen Abgasmassenstrom entspricht, wobei der zulässige Abgasmassenstrom kleiner oder gleich einem Abgasmassenstrom ist, der einer Konvertierungskapazität von aktiven Katalysebereichen des Abgaskatalysators, also Bereichen des Abgaskatalysators, die eine Temperatur bei oder oberhalb der Anspringtemperatur erreicht haben, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebsparameter des Weiteren in Abhängigkeit einer für den Abgaskatalysator zulässigen Raumgeschwindigkeit eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Leistung derart zum Erreichen des zulässigen Abgasmassenstroms steuert, dass der Durchfluss einer Luftmasse in den Abgaskatalysator mittels Einstellung einer Ansteuerung einer Drosselklappe verändert wird.
Verfahren einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt die zulässige Raumgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines den Abgaskatalysator betreffenden Eigenschaftsparameters eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators das Alter des Abgaskatalysators verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators die Anzahl der Betriebsstunden des Abgaskatalysators verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators eine mittels des Abgaskatalysators zu erreichende Umwandlungsleistung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaftsparameter des Abgaskatalysators der Katalysatorwirkungsgrad verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorwirkungsgrad mittels einer Katalysatordiagnose ermittelt wird, insbesondere mittels Diagnose der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorwirkungsgrad mittels einer Auswertung von Messwerten eines Abgassensors ermittelt wird, insbesondere eines Stickoxid-Sensors (NO_x-Sensor).
Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuerungseinrichtung, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen auszuführen.