DE10236744A1 - Verfahren zur Steuerung von einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zuführbaren Sekundärluft - Google Patents

Abstract

Für ein Verfahren zur Steuerung von einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zuführbaren Sekundärluft, die ventilgesteuert mit Druck in die Abgasanlage eingeführt wird, wird zur Durchführung mit geringerem Bauaufwand und gesteigerten Steuerungsmöglichkeiten vorgeschlagen, dass die Sekundärluft über ein kurbelwinkelsynchron offengesteuertes Durchfluß-Steuerventil zugeführt wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Verfahren zur Steuerung von einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zuführbaren Sekundärluft, die ventilgesteuert mit Druck der Abgasanlage zugeführt wird.
• Die Sekundärlufteinblasung dient bekanntlich bei Kaltstart und anschließendem Warmlauf der Brennkraftmaschine zum schnelleren Aufheizen eines insbesondere motorfernen Katalysators. Hierbei wird Frischluft zur nachträglichen Verbrennung von Abgasbestandteilen möglichst nahe einem Auslassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine dem Abgasstrom über ein Leitungssystem zugeführt. Das Leitungssystem umfasst eine mit einer Druckquelle verbundene Zuleitung zu einer Verteilerleitung mit zumindest entsprechend der Anzahl der Zylinder vorgesehenen Einblassstellen. Als Druckquelle dient vorwiegend eine gesonderte Pumpe. Zur Aktivierung bzw. zur Deaktivierung der Sekundärlufteinblasung umfasst das Leitungssystem in der Zuleitung ein von vorbestimmten Parametern der Brennkraftmaschine oder der Abgasanlage abhängig schaltbares Ventil, das zusätzlich mit einem Rückschlagventil kombiniert ist.
• Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in schematischer Darstellung aus der DE-41 41 946 A bekannt, wobei der Öffnungsquerschnitt des Ventils zur Mengensteuerung der Frisch- bzw. Sekundärluft elektrisch/elektronisch auf Zeitbasis gesteuert ist, zusätzlich ist die Sekundärluft-Pumpe drehzahlvariabel ausgebildet.
• Aus der DE-43 26 340 C2 ist zur Steuerung der Sekundärluft ein pneumatisch gesteuertes Ventil bekannt, dessen Ventilkörper gegen den Widerstand einer Schließfeder über eine vom Differenzdruck aus Atmosphärendruck und Ansaugunterdruck der Luftansauganlage gesteuerte Membrane in einer Steuerkammer betätigt wird , wobei die vorgenannten Drücke über ein Elektromagnetventil zugesteuert werden. Eine Feindosierung der Sekundärluftmenge insbesondere bei geringen Ladungswechseln im Kaltstart ist mit dieser Bauart von Ventilen durch die gegenseitige Abstimmung von Schließfeder und Membrangröße überaus schwierig, vor allem bei fehlendem Bauraum für eine Steuerkammer zur Aufnahme einer großflächigen Membrane. Weiter ergibt sich in Verbindung mit einem baulich integrierten Rückschlagventil einerseits und dem zusätzlichen Elektromagnetventil andererseits eine aufwändige Ausgestaltung.
• Eine verbesserte Steuerung der Sekundärluft mittels eines membranbetätigten Sekundärluft-Ventils erscheint mit der Zuführ-Vorrichtung gemäß der DE-199 18 470 A gegeben dadurch, dass die Membrane in Öffnungsrichtung des Ventil-Körpers vom Überdruck einer Sekundärluft-Pumpe einerseits und von einem Unterdruck andererseits beaufschlagt ist, wobei der Unterdruck mittels einer Saugstrahlpumpe in der Leitung der Sekundärluft-Pumpe zum Ventil erzeugt wird. Zur Abstimmung der auch bei diesem Ventil vorhandenen Schließfeder wird eine Federvorspannung vorgeschlagen, die verhindert, dass das Ventil durch einen in der Abgasanlage wirksamen Unterdruck geöffnet wird.
• Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Sekundärluft über in der Abgasleitung herrschenden Unterdruck mittels einer Leitungsanordnung über ein Rückschlagventil anzusaugen, das bei Überdruck schließt.
• Schließlich ist es zur Sekundärluft-Steuerung aus der DE-197 31 739 C1 bekannt, eine Sekundärluftleitung in mindestens zwei Pfade mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufzuteilen, wobei die Leitung mit dem größeren Innendurchmesser mittels eines Absperrventils bei Betriebszuständen mit niedrigerem Abgasgegendruck geschlossen wird. Durch diese Querschnittsvariation kann die Sekundärluftmasse in mindestens zwei Stufen reguliert werden um den Preis mehrerer Absperrventile sowie eines Rückschlagventils, womit eine aufwändige Anordnung getroffen ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren mit geringerem Bauaufwand und gesteigerten Steuerungsmöglichkeiten weiterzubilden.
• Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Sekundärluft über ein kurbelwinkelsynchron offengesteuertes Durchfluss-Steuerventil zugeführt wird.
• Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise eine zylinder- und arbeitstaktselektive Zumessung erreicht, so dass die Sekundärluft der jeweiligen Auspuffphase für eine optimale Nachverbrennung zeitpunktgenau zugeführt und für eine effiziente Nachverbrennung genau dosiert werden kann mit dem weiteren Vorteil der Vermeidung einer nachteiligen Kühlung des Abgases insbesondere in der Phase des Aufheizens einer Katalysatoreinrichtung während des Kaltstarts der Brennkraftmaschine.
• In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird das Durchfluss-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Unterdruckverlaufes einer Druckpulsation der Auspuffphase angesteuert mit dem Vorteil des Fortfalls einer gesonderten Sekundärluft-Pumpe, da über den Unterdruck in der Abgasanlage die Sekundärluft bei kurbelwinkelsynchron offen gesteuertem Durchfluss-Steuer-Ventil der Abgasanlage zugeführt bzw. in diese angesaugt wird.
• Zur Erzielung eines jeweils vorbestimmten Mengen- oder Volumenstromes an Sekundärluft wird weiter vorgeschlagen, dass zwischen dem Öffnen (Tö) und dem Schließen (Ts) des Durchfluss-Steuerventils in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasanlage bzw. des Abgases mittels des Steuergerätes variable Zeitspannen (Ts-Tö) eingestellt werden. Die hierfür erforderlichen Schaltpunkte sind in einem Kennfeld des Steuergerätes abgespeichert und werden drehzahl- oder betriebspunkt-abhängig zum Öffnen und Schließen des Durchfluss-Steuerventils abgerufen.
• Für eine genaue Bestimmung eines jeweiligen Mengen- oder Volumenstromes werden in vorteilhafter Weise die Schaltpunkte (Tö, Ts) zum Öffnen und Schließen des Durchfluss-Steuerventils relativ zum Amplitudenmaximum eines Druckverlauf parameterabhängig einzeln oder in eine Richtung gemeinsam geändert. Der Vorteil hierbei ist für eine effiziente Nachverbrennung eine zeitpunktgenaue Lufteinblasung in parameterabhängiger Dosierung ohne einen zusätzlichen Energieaufwand.
• Eine gesteigerte Nachverbrennung ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise ferner dadurch erzielt, dass Sekundärluft über mehrmals kurbelwinkelsynchron je Kurbelwellenumdrehung offengesteuertes Durchfluss-Steuerventil zugeführt wird. Mit dieser Maßnahme kann eine in der Abgasanlage zurücklaufende Unterdruckwelle vorteilhafter Weise ebenfalls für eine Sekundärluft-Zuführung genutzt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Ein- und Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, wobei für letztere das Durchfluss – Steuerventil über einen Referenz-Zylinder der Brennkraftmaschine kurbelwinkelsynchron angesteuert wird, wobei für weitere Zylinder in einem Kennfeld des Steuergerätes jeweilige Ansteuerdaten in arbeitstaktrelevanten Abständen – z.B. Zündabstände – abgerufen werden. Vorteil für jede der vorgenannten Maschinentypen ist, dass für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksames Sekundärluft-System mit gezieltem Schließen des Durchfluss-Steuerventils sich ein Rückschlagventil erübrigt.
• Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart genutzt werden, dass das Durchfluss-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Überdruckverlaufes einer Druckpulsation in einer Auspuffphase angesteuert wird zum Einblasen von Sekundärluft mittels einer Pumpe.
• Die mit der Erfindung erzielte kurbelwinkelsynchrone Ansteuerung des Durchfluss-Steuerventils während einer Unterdruckwelle oder einer Überdruckwelle in der Abgasanlage ermöglicht in weiterer vorteilhafter Weise, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Sekundärluft über eine mit einem einzigen Durchfluss-Steuerventil ausgerüstete Verteilerleitung mit motornahen Einblasstellen zugeführt wird, womit ein Sekundärluft-System von einfachem Aufbau erzielt ist.
• Die Erfindung ist anschließend beschrieben.
• Bekanntlich werden Brennkraftmaschinen mit einer in der Abgasanlage angeordneten Katalysatoreinrichtung zusätzlich mit einem Sekundärluft-System ausgerüstet, das durch die Verbrennung von Abgasbestandteilen mittels zugeführter Frischluft insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine einem schellen Aufheizen der Katalysatoreinrichtung dient. Diese Frischluft bzw.
• Sekundärluft wird ventilgesteuert mit Druck relativ motornah in die Abgasanlage eingeführt.
• Um mit geringem Bauaufwand und gesteigerten Steuerungsmöglichkeiten eine Sekundärluftzufuhr zu erzielen, wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Sekundärluft-Steuerung vorgeschlagen, bei dem die Sekundärluft über ein kurbelwinkelsynchron offengesteuertes Durchfluss-Steuerventil – insbesondere während der Auspuffphase eines Zylinders der Brennkraftmaschine mittels eines Steuergerätes zum Öffnen und Schließen angesteuert – zugeführt wird. Mit der Erfindung wird in gezielter Weise das Durchfluss-Steuerventil über einen vorbestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine während einer Auspuffphase offen gehalten für eine Sekundärluft-Zuführung.
• Dieses Verfahren ermöglicht es, dass das Durchfluss-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Unterdruckverlaufes einer Druckpulsation in der Auspuffphase angesteuert wird. Dieser Unterdruck dient in vorteilhafter Weise der Zuführung von Frisch- bzw. Sekundär-Luft, so dass sich mit dem kurbelwinkelsynchron zwangsgesteuerten Durchfluss-Steuerventil als Ein-/Aus-Ventil in Verbindung mit dem Entfall eines Rückschlagventils ein geringer Bauaufwand ergibt und ferner durch den fehlenden Einfluss einer ansaugseitigen Dynamik eine gesteigerte Steuerungsmöglichkeit gegeben ist.
• Zur Steuerung der unterschiedlichen Mengen- oder Volumenströme an Sekundärluft für einen Kaltstart bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen sowie für einen anschließenden stationären oder instationären Warmlauf der Brennkraftmaschine werden zwischen dem Öffnen (Tö) und dem Schließen (Ts) des Durchfluss-Steuerventils in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasanlage bzw. des Abgases mittels des Steuergerätes variable Zeitspannen Ts-Tö eingestellt. Damit ist eine exakte drehzahl- oder lastabhängige Mengen- oder Volumen-Zuführung an Frischluft erreicht ohne das Abgas kühlenden Frischluft-Überschuss.
• Weiter umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Mengen- oder Volumen-Steuerung als zusätzlichen Verfahrensschritt, dass die Schaltpunkte Tö, Ts zum Öffnen und Schließen des Durchfluss-Steuerventils relativ zum Amplitudenmaximum eines Druckverlauf, vorzugsweise einer Unterdruckwelle, einzeln oder in eine der Richtungen gemeinsam geändert werden.
• In Anwendung des Verfahrens für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine wird das Durchfluss-Steuerventil über einen Referenz-Zylinder der Brennkraftmaschine kurbelwinkelsynchron angesteuert, wobei für weitere Zylinder in einem Kennfeld des Steuergerätes jeweilige Ansteuerdaten in arbeitstaktrelevanten Abständen – z.B. Zündabstände – abgerufen werden.
• Eine gesteigerte Nachverbrennung durch erhöhte Zufuhr an Sekundärluft ist weiter dadurch erreicht, dass Sekundärluft über ein mehrmals kurbelwinkelsynchron je Kurbelwellenumdrehung offengesteuertes Durchfluss-Steuerventil zugeführt wird. Insbesondere können damit zurücklaufende Unterdruckwellen genutzt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart genutzt werden, dass das Durchfluss-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Überdruckverlaufes bzw. einer Überdruckwelle einer Druckpulsation in einer Auspuffphase angesteuert wird zum Einblasen von Sekundärluft mittels einer Pumpe. Dies kann eine Sekundärluftpumpe sein oder eine der Brennkraftmaschine dienende Aufladevorrichtung.
• Mit dem Verfahren ist es schließlich in vorteilhafter Weise möglich, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Sekundärluft über eine mit einem einzigen Durchfluss-Steuerventil ausgerüstete Verteilerleitung mit motornahen Einblasstellen zugeführt wird, da bei vom Auspuff-Unterdruck gesteuerter Zufuhr von Sekundärluft diese dem Druckgefälle folgend der jeweiligen Unterdruckstelle in der Abgasanlage zuströmt.
• Mit der Erfindung ist in beiden Verfahrensarten eine zylinderselektive und auspufftaktselektive Zumessung an Sekundärluft erzielt mit der Möglichkeit, die Nachverbrennung in der Abgasanlage nach weiteren Kriterien zusätzlich beeinflussen zu können.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung von einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zuführbaren Sekundärluft, – die ventilgesteuert mit Druck der Abgasanlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die Sekundärluft über ein kurbelwinkelsynchron offengesteuertes Durchfluß-Steuerventil zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Durchfluß-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Unterdruckverlaufes einer Druckpulsation in der Auspuffphase angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass Sekundärluft über ein mehrmals kurbelwinkelsynchron je Kurbelwellenumdrehung offengesteuertes Durchfluß-Steuerventil zugeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, – dass zwischen dem Öffnen (Tö) und dem Schließen (Ts) des Durchfluß-Steuerventils in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasanlage bzw. des Abgases mittels des Steuergerätes variable Zeitspannen Ts-Tö eingestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaltpunkte (Tö, Ts) zum Öffnen und Schließen des Durchfluß-Steuerventils relativ zum Amplitudenmaximum eines Druckverlauf parameterabhängig einzeln oder in einer der entgegengesetzten Richtungen gemeinsam geändert werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, – dass das Durchfluß-Steuerventil über einen Referenz-Zylinder der Brennkraftmaschine kurbelwinkelsynchron angesteuert wird, und – dass für weitere Zylinder in einem Kennfeld des Steuergerätes jeweilige Ansteuerdaten in arbeitstaktrelevanten Abständen (z.B. Zündabstände) abgerufen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Durchfluß-Steuerventil kurbelwinkelsynchron während eines Überdruckverlaufes bzw. einer Überdruckwelle einer Druckpulsation in einer Auspuffphase angesteuert wird zum Einblasen von Sekundärluft mittels einer Pumpe.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine die Sekundärluft über eine mit einem einzigen Durchfluß-Steuerventil ausgerüstete Verteilerleitung mit motornahen Einströmstellen zugeführt wird.