DE10323979A1 - Exhaust treatment device for internal combustion engine of motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor insbesondere eines Kraftfahrzeugs.The The invention relates to an exhaust gas treatment device for a Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
Kraftfahrzeuge haben heute in der Regel einen Verbrennungsmotor mit einer Katalysatoreinrichtung, die die vom Verbrennungsmotor stammenden Verbrennungsgase behandelt.motor vehicles today usually have an internal combustion engine with a catalytic converter, which the combustion gases coming from the internal combustion engine are treated.
Im
Stand der Technik ist es bekannt, solche Katalysatoreinrichtungen
besonders bei kaltem Motor aufzuheizen, damit deren Umwandlungsgrad
steigt. Hierzu werden besondere Heizeinrichtungen vorgesehen, wie
in der WO 01/42713 A1. In Verbindung mit einer besonderen Motorsteuerung
diejenige der
Hierbei ist von Nachteil, dass der Benzinverbrauch des Verbrennungsmotors erhöht wird. Andererseits wird das Anheizen des Katalysators schon aufgrund bestehender Abgasvorschriften notwendig.in this connection is disadvantageous that the gasoline consumption of the internal combustion engine elevated becomes. On the other hand, the catalyst is already heating up existing exhaust gas regulations necessary.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen sparsam arbeitenden Verbrennungsmotor, eine verbesserte Abgasbehandlungsvorrichtung, ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor bereitzustellen, mit dem auf sparsame Weise stets ein bestimmungsgemäßer Betrieb gewährleistet ist.It the object of the invention is an economical internal combustion engine, an improved exhaust gas treatment device, a motor vehicle equipped with it and a method for operating such a motor vehicle with To provide the internal combustion engine with the always economical proper operation guaranteed is.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.This The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous further training result from the respective dependent claims.
Einer der der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken berücksichtigt, dass die Katalysatoreinheit nur in dem Maße aufgeheizt wird, wie es für eine vorschriftsmäßige Umwandlung notwendig ist. Hierzu können Informationen verwendet werden, die beim Betrieb eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors anfallen. Hierzu zählen Betriebsstunden des Verbrennungsmotors und damit der Katalysatoreinrichtung oder auch ein Luftmengenintegral als Maß für die von der Katalysatoreinrichtung bereits umgewandelte Verbrennungsgasmenge. Im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug kann auch eine Laufstreckeninformation des Kraftfahrzeugs zur Bestimmung des Alters der Katalysatoreinrichtung verwendet werden. Aus dem Lebensalter der Katalysatoreinrichtung ergibt sich deren Umwandlungsvermögen und damit das Maß der für eine vollständige Umwandlung im kalten Zustand der Katalysatoreinrichtung notwendigen Aufheizung.one the concept on which the invention is based takes into account that the catalyst unit only to the extent is heated up as it is for a proper conversion necessary is. You can do this Information used when operating an internal combustion engine according to the invention attack. Which includes Operating hours of the internal combustion engine and thus the catalytic converter or also an air quantity integral as a measure of that from the catalyst device amount of combustion gas already converted. In connection with a Motor vehicle can also include route information of the motor vehicle can be used to determine the age of the catalyst device. The age of the catalytic converter device gives it conversion capability and thus the measure of for one complete conversion necessary heating in the cold state of the catalyst device.
Die Heizeinrichtung braucht nicht in einem besonders dafür vorgesehenen Teil des Kraftfahrzeugs oder der Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen sein. Es ist auch möglich, die Heizeinrichtung als Teil einer Motorsteuerung auszubilden, wobei diese zur Heizung der Katalysatoreinrichtung zusätzliches Verbrennungsgas oder unverbrannten Kraftstoff aus wenigstens einem Zylinder des Verbrennungsmotors in das Abgasbehandlungssystem ausstößt. Dazu ist es möglich, den Zündzeitpunkt eines Zylinders so spät vorzusehen, dass der Großteil des zur Verbrennung vorgesehenen Gemisches beim Ausblasen aus dem betreffenden Zylinder verbrennt. Dadurch wird das Abgassystem stärker erwärmt als im normalen Betrieb. Diese Vorrichtung ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Zündzeitpunkt durch eine Motorelektronik verändert werden kann.The Heating device does not need in a specially designed Part of the motor vehicle or the exhaust gas treatment device provided his. It is also possible, to form the heating device as part of an engine control, wherein this to heat the catalyst device additional combustion gas or unburned fuel from at least one cylinder of the internal combustion engine into the exhaust gas treatment system. It is possible to do this ignition timing of a cylinder so late to provide that the bulk of the mixture intended for combustion when blowing out of the concerned cylinder burns. This heats the exhaust system more than in normal operation. This device is particularly advantageous if when the ignition timing changed by motor electronics can be.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Umwandlungsdiagnoseeinrichtung an der Katalysatoreinrichtung vorgesehen, mit der der Umwandlungsgrad vom Abgas der Katalysatoreinrichtung bestimmt wird. Aus einer solchen Umwandlungsdiagnoseeinrichtung kann ein Signal bezogen werden, das der Heizeinrichtung zugeführt wird und das den Grad der Beheizung bestimmt.In A particularly advantageous embodiment of the invention is Conversion diagnostic device provided on the catalyst device, with which the degree of conversion of the exhaust gas of the catalyst device is determined. From such a conversion diagnosis device a signal can be obtained which is fed to the heating device and that determines the degree of heating.
Abweichend davon kann der Grad der Beheizung auch in Abhängigkeit einer Fahrstreckenmesseinrichtung bestimmt werden. Dadurch lässt sich eine gute Schätzung des Alters der Katalysatoreinrichtung erreichen.deviant the degree of heating can also depend on a route measuring device be determined. This leaves yourself a good estimate the age of the catalytic converter.
Erfindungsgemäß wird das Alter die seit der erstmaligen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bzw. der Katalysatoreinrichtung zurückgelegte Laufstrecke bestimmt. Außerdem kann auch die Umwandlungsfähigkeit der Katalysatoreinrichtung oder die Betriebszeit bzw. Betriebsbelastung des Verbrennungsmotors bestimmt werden, bspw. über ein Luftmengenintegral. Danach wird eine Heizleistung, eine Heiztemperatur oder eine Heizdauer der Heizeinrichtung bestimmt. In Abhängigkeit davon wird bei kal tem Verbrennungsmotor die Heizeinrichtung oder das Beheizen aktiviert, wodurch die Katalysatoreinrichtung in der zuvor bestimmten Heizleistung, Heiztemperatur oder Heizdauer beaufschlagt wird.According to the invention Age since the vehicle was first put into service or the running distance of the catalytic converter. Moreover can also the convertibility of the Catalyst device or the operating time or operating load of the internal combustion engine can be determined, for example via an air quantity integral. Then a heating output, a heating temperature or a heating duration the heater. Depending on this, at cold tem Internal combustion engine activates the heating device or the heating, whereby the catalyst device in the previously determined heating power, Heating temperature or heating duration is applied.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand zweier Werteverläufe veranschaulicht.The The invention is illustrated in the drawing using two value profiles.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffverbrauchsverbesserung kann durch eine bedarfsangepasste Katalysator-Heizfunktion verwirklicht werden. Die Abhängigkeit kann über mehrere Verfahren reguliert werden.The Fuel consumption improvement according to the invention can be realized by a customized catalytic converter heating function become. The dependence can about several procedures are regulated.
Zunächst ist
ein bedarfsangepasstes Kat-Heizen über die gefahrene Laufstrecke
des Kraftfahrzeugs möglich,
wie es in
Dieser
Zusammenhang ist in
Außerdem ist noch ein bedarfsangepasstes Kat-Heizen über Katalysator-Diagnose möglich. Die Katalysator-Diagnose ist unabhängig von der Laufstrecke ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators. Bei guter Korrelation des Diagnosewertes mit der realen Alterung des Katalysators ist dies eine sehr sinnvolle Lösung, da ein Fahrer durch schonende Fahrweise den KV-Vorteil länger nutzen kann ("KV" = "Kraftstoffverbrauch").Besides, is customized catalytic converter heating is also possible via catalytic converter diagnosis. The Catalyst diagnosis is independent a measure of convertibility from the running distance of the catalyst. With a good correlation of the diagnostic value with the real aging of the catalyst this is a very useful solution because a driver can use the KV advantage for longer thanks to a gentle driving style can ("KV" = "fuel consumption").
Beim Auslegen einer Motorsteuerung wird nämlich auf Werte zurückgegriffen, die sich in werksseitigen Dauerversuchen ergeben. Ein vorsichtiger Nutzer eines Kraftfahrzeugs kann dabei auf günstigere Beanspruchungen kommen, als im Dauerversuch.At the Designing an engine control system uses values, which result from long-term tests at the factory. A careful one Users of a motor vehicle can experience more favorable stresses, than in the endurance test.
Die Erfindung berücksichtigt steigende Kraftstoffpreise in Verbindung mit dem Ziel der Automobilindustrie, die CO2-Emission zu reduzieren.The Invention considered rising fuel prices in connection with the goal of the automotive industry, the CO2 emission to reduce.
Maßnahmen, die positiv für ein frühes "Light-Off" (d. h. 50 der Abgase sind umgewandelt) sind, können sich grundsätzlich negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirken. Die Erfindung passt das Katalysator-Heizen auf den tatsächlichen Bedarf an.Activities, the positive for an early light-off (i.e. 50 of the exhaust gases are converted), can in principle have a negative impact on fuel consumption. The invention fits the catalyst heating to the actual need.
Damit werden zwei Forderungen an die Automobilindustrie bei der Auslegung von Motorsteuerungen in Einklang gebracht:
- • Die Forderung nach Reduzierung der CO2-Emission (relevant ist derzeit ein "MVEG-B-Zyklus")
- • Die Forderung nach sehr schneller Konvertierung des Katalysators nach Kaltstart (zur Erfüllung der gesetzlichen Emissionslimits)
- • The demand for a reduction in CO2 emissions (an "MVEG-B cycle" is currently relevant)
- • The demand for a very fast conversion of the catalytic converter after a cold start (to meet the legal emission limits)
Um eine schnelle Konvertierung durch den Katalysator zu ermöglichen, werden neben Hardwaremaßnahmen (z. B. motornaher Katalysator) auch Softwaremaßnahmen genutzt, u. a. das sogenannte "Kat-Heizen". Erfindungsgemäß kann hierfür unter anderem eine Verschlechterung des Motorwirkungsgrades (spätere Zündung) in Kauf genommen werden. Dabei entsteht weniger Motormoment und dafür gelangt mehr thermische Energie in den Abgasstrang. Bei gleicher Momentenanforderung resultiert ein höherer Durchsatz mit höheren Abgastemperaturen und damit mehr Wärmeeintrag in den Monolith, wodurch ein früheres "Light-Off" des Katalysators bewirkt wird. Das einmal definierte KH-Moment als Standard-Beheizung bleibt unabhängig vom Zustand des Katalysators gleich, lediglich ein Faktor wird verändert.In order to enable a fast conversion by the catalytic converter, software measures are used in addition to hardware measures (eg engine-related catalytic converter), including the so-called "catalytic converter heating". According to the invention, a deterioration in the engine efficiency (later ignition) can be accepted. This creates less engine torque and more thermi energy in the exhaust system. With the same torque requirement, there is a higher throughput with higher exhaust gas temperatures and thus more heat input into the monolith, which results in an earlier "light-off" of the catalyst. The once defined KH torque as standard heating remains the same regardless of the condition of the catalytic converter, only one factor is changed.
Dem Ausführungsbeispiel liegt folgender Gedanke zugrunde. Die Abgasemissions-Limits müssen nach EU IV über eine Laufstrecke von 100.000 km eingehalten werden. Die Abstimmung bezüglich Kat-Heizen richtet sich nach dem Zustand der Katalysatoren nach durchlaufenem Dauerversuch Straße (100.000 km DVS). Die Konvertierungseigenschaften der Katalysatoren lassen durch thermische, chemische und mechanische Alterung nach. Also wird das Kat-Heizen verstärkt, um ein sicheres Einhalten der Grenzwerte zu gewährleisten.the embodiment is based on the following thought. The exhaust emission limits have to be met EU IV about a running distance of 100,000 km can be observed. The vote in terms of Kat heating depends on the condition of the catalysts continuous endurance test road (100,000 km DVS). The conversion properties of the catalysts decrease due to thermal, chemical and mechanical aging. So the Kat heating is increased to ensure safe compliance with the limit values.
Die Funktionsänderung bezieht sich nur auf das Kat-Heiz-Moment. Andere Bereiche, wie Kat-Heiz-Lambda sind nicht betroffen, da KV-neutral bzw. KV-verbessernd.The function change only refers to the Kat heating moment. Other areas, such as Kat heating lambda are not affected as they are KV-neutral or KV-improving.
Durch die Abgasabstimmung mit 100.000 km DVS-Kat ergibt sich ein bestimmter KH-Lambdaverlauf, sowie ein bestimmter KH-Momentenreserveverlauf.By the exhaust gas coordination with 100,000 km DVS-Kat results in a certain KH lambda curve, as well as a certain KH torque reserve curve.
Diese KH-Momentenreserve kann bei besser konvertierenden Katalysatoren (z. B. Neu-Kats oder 50.000 km-Kats) reduziert werden, sogar bis auf 0 % Momentenreserve, so dass der Motor auch nach einem Kaltstart mit optimalem Zündwinkel und damit mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann.This KH torque reserve can with better converting catalysts (e.g. Neu-Kats or 50,000 km-Kats) can be reduced, even up to to 0% torque reserve, so that the engine even after a cold start with optimal ignition angle and can therefore be operated with optimal efficiency.
Bei einem neuen Katalysator ist kein bzw. wenig Kat-Heizen notwendig. Bei einem "100tkm-DVS-Kat" (= gealterter Standard-Katalysator) ist entsprechend viel Kat-Heizen notwendig. Das applizierte Kat-Heiz-Reservemoment wird nachfolgend mit KH bezeichnet.at a new catalytic converter requires little or no catalytic heating. With a "100tkm DVS-Kat" (= aged standard catalytic converter) accordingly a lot of Kat heating necessary. The applied cat heating reserve torque is referred to below as KH.
Bei einer Kat-Alterung von > 120 % wird kh = 1,10. Das so verstärkte KH-Moment wird genutzt, um die Einhaltung der EOBD-Grenzwerte auch für ein Altfahrzeug zu erleichtern.at a cat aging of> 120 % becomes kh = 1.10. That reinforced KH-Moment is used to ensure compliance with the EOBD limit values for an end-of-life vehicle to facilitate.
Der KV-Vorteil bei Neu-Katalysatoren liegt je nach Bedarf und Abstimmung zwischen 1 % und 3 % des MVEG-Verbrauchs mit voll aktivem Kat-Heizen.The The KV advantage for new catalysts is based on requirements and coordination between 1% and 3% of MVEG consumption with fully active Kat heating.
Die erfindungsgemäße Funktion ist leicht in bestehende Systeme zu implementieren und erfordert wenig Applikationsaufwand (geringe Kosten). Der MVEG-Verbrauch bei Neufahrzeugen und damit der Veröffentlichungswert kann ohne Einbußen bzgl. Erreichen der Emissionslimits über die Laufstrecke gesenkt werden.The function according to the invention is easy to implement in existing systems and requires little application effort (low costs). The MVEG consumption at New vehicles and thus the publication value can without sacrificing reduced with regard to reaching the emission limits over the running distance become.
Es ergibt sich ein Kraftstoffverbrauchsvorteil im Real-Kundenbetrieb, im MVEG-Verbrauch (Neu-Kats: 100 % KV-Vorteil, 100.000 km-Kats: bisheriges Kraftstoffverbrauch-Niveau) und beim KV-Veröffentlichungswert.It there is a fuel consumption advantage in real customer operation, in MVEG consumption (new kats: 100% KV advantage, 100,000 km kats: previous Fuel consumption level) and the KV publication value.
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