DE19615830A1 - Verfahren zur Steuerung von Katalysatorheizmaßnahmen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur Steuerung von Katalysatorheizmaßnahmen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Maßnahmen zur Aufheizung eines Katalysators im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors. Die zur Schadstoffkonvertierung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eingesetzten Katalysatoren benötigen für einen optimalen Betrieb eine Temperatur von mehreren 100°C. Bei betriebswarmem Motor und aufgeheizten abgasführenden Teilen reicht die mit dem Abgas transportierte Wärmemenge aus, um den Katalysator auf seiner Betriebstemperatur zu halten. Um diese Betriebstemperatur nach einem Kaltstart möglichst schnell zu erreichen, sind verschiedene Maßnahmen bekannt, wie das Erhöhen der Abgastemperatur durch Spätzündung oder das Hervorrufen einer exothermen Reaktion im Katalysator durch Zufuhr von Luft in Strömungsrichtung der Abgase vor den Katalysator bei gleichzeitigem Anreichern des im Motor verbrannten Kraftstoff/Luft-Gemisches mit Kraftstoff.
Aus der DE OS 40 29 811 (US 5 184 463) ist die Auslösung von derartigen Katalysatorheizmaßnahmen sowohl im Kaltstart als auch im Warmstartfall bekannt.
Katalysatorheizmaßnahmen sind nur dann sinnvoll, wenn der Katalysator eine niedrige Temperatur besitzt. Befindet er sich dagegen bereits auf einem erhöhten Temperaturniveau, kann die Auslösung derartiger Maßnahmen zu einer Schädigung des Katalysators durch Überhitzung führen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens zur Vermeidung einer Überhitzung des Katalysators als Folge der Auslösung von Katalysatorheizmaßnahmen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Dabei zeigt Fig. 1 das technische Umfeld der Erfindung, nämlich einen Verbrennungsmotor mit verschiedenen Sensoren und Stellgliedern sowie einem Steuergerät. Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 in der Fig. 1 bezeichnet einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugrohr 2, einem Abgassystem 3 mit Sekundärluftsystem 4 und Katalysator 5, einem Steuergerät 6, einem Sensor 7 zum Erfassen der von dem Verbrennungsmotor angesaugten Luft, einem Drehzahlmesser 8, einem Sensor 9 zum Erfassen der Temperatur des Verbrennungsmotors, einem Abgasmeßfühler 10, einem Zündsystem 11 und einem Kraftstoffzumeßorgan 12.
Das Steuergerät 6 verarbeitet die einer Eingangsstufe 6.1 zugeführten Eingangssignale über Ansaugluftmenge, Abgaszusammensetzung, Drehzahl und Temperatur der Brennkraftmaschine durch eine Recheneinheit 6.2 nach Maßgabe von in einem Speicher 6.3 abgelegten Programmen und Daten zu Ausgangssignalen, mit denen über eine Ausgangsstufe 6.4 verschiedene Stellglieder 12, 4, 11 angesteuert werden. So wird beispielsweise eine Einspritzimpulsbreite ti als Funktion von angesaugter Luftmenge, Drehzahl, Abgaszusammensetzung, Brennkraftmaschinentemperatur und eventuell auch weiterer Größen berechnet und ausgegeben.
Ein Zündzeitpunkt wird ebenfalls in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsparametern berechnet, so daß das Zündsystem 11 die Zündung im geeigneten Moment auslöst.
Das Sekundärluftsystem 4 kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotors aktiviert werden. So ist es üblich, bei kalter Brennkraftmaschine mit Hilfe einer elektrisch oder auch mechanisch angetriebenen Sekundärluftpumpe Luft in den Abgastrakt einzublasen und gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine so zu erhöhen, daß das Abgas vor dem Katalysator noch unverbrannten Kraftstoff enthält. Dieser reagiert im Katalysator exotherm mit der eingeblasenen Luft und heizt so den Katalysator auf.
Andere bekannte Maßnahmen zur Aufheizung des Katalysators sehen eine Erhöhung der Abgastemperatur durch Spätzündung und/oder eine Vergrößerung der Abgasmenge durch Erhöhen des Drehzahlniveaus vor.
Ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 offenbart. Die folgende Erläuterung geht von einem bereits laufenden Verbrennungsmotor aus. Im Flußdiagramm entspricht diese Situation der wiederholt durchlaufenen Schleife aus den Schritten S5 und S6. Dabei entspricht der Schritt S5 einem Programm zur Motorsteuerung, beispielsweise zur Bildung von Einspritzzeiten und zum kurbelwellenwinkelsynchronen Auslösen der Zündungen. Im Schritt S6 wird abgefragt, ob der Verbrennungsmotor abgestellt werden soll. Beim Bejahen dieser Abfrage wird die Schleife aus den Schritten S5 und S6 verlassen und im Schritt S7 die momentane Temperatur T der Brennkraftmaschine mit einem Schwellwert Ts verglichen. Ist der Verbrennungsmotor beim Abstellen noch kalt, wird die Abfrage im Schritt S7 verneint, und im Schritt S9 wird einer Variablen a der Wert 1 zugewiesen, bevor mit dem Schritt S10 das Programmende erreicht ist.
Dabei gilt die Brennkraftmaschine bspw. dann als kalt, wenn ihre Kühl- und/oder Schmiermitteltemperatur jeweils unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt.
Alternativ gilt sie bei einem Zweitstart dann als kalt, wenn sie beim vorherigen Abstellen noch kalt war, d. h. wenn ihre Temperatur beim Abstellen unterhalb wenigstens einer vorgegebenen Temperaturschwelle lag. Dazu kann ein Maß für die Temperatur der Brennkraftmaschine beim Abstellen erfaßt werden und eine Information über diese Temperatur abgespeichert werden, so daß sie beim nächsten Start der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Diese Information kann darin bestehen, daß die Temperatur beim Abstellen der Brennkraftmaschine ober- oder unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes lag.
Ist der Verbrennungsmotor dagegen schon warm, wird vor dem Programmende der Variablen a im Schritt S8 der Wert 0 zugewiesen. Der aktuelle Wert der Variablen a bleibt während des Stillstands des Motors beispielsweise durch Speicherung in einem Dauer-RAM erhalten. Beim nächsten Start der Brennkraftmaschine, der dem Schritt S1 des Flußdiagramms entspricht, wird in einem Schritt S2 der Wert der Variablen a abgefragt. War die Brennkraftmaschine beim vorhergehenden Abstellen schon warm, besitzt a den Wert 0, so daß die Abfrage im Schritt S2 bejaht wird. In diesem Fall schließt sich der Schritt S3 zur Überprüfung der momentanen Temperatur des Motors an. Nach einer längeren Stillstandsphase ist der Motor wieder vergleichsweise kalt, so daß der Temperaturschwellwert Ts2 nicht überschritten wird. Die Abfrage im Schritt S3 wird dann verneint, und im Schritt S4 wird eine Maßnahme oder auch ein Bündel von Maßnahmen zur schnelleren Aufheizung des Katalysators ausgelöst, bevor mit dem Schritt S5 das bereits beschriebene Motorsteuerungsprogramm erreicht bzw. fortgesetzt wird. Im Rahmen dieses Programms werden die Katalysatorheizmaßnahmen beim Vorliegen weiterer Bedingungen wieder ausgeschaltet.
Dauerte die Stillstandsphase dagegen nicht lange genug, um die Motortemperatur unter den Schwellwert Ts2 sinken zu lassen, wird die Abfrage im Schritt S3 bejaht und direkt zum Motorsteuerungsprogramm im Schritt S5 verzweigt. Mit anderen Worten: Beim warmem Motor werden keine Maßnahmen zur Katalysatorheizung ausgelöst.
Im folgenden wird von einem beim Abstellen noch kalten Motor ausgegangen. Wie weiter oben beschrieben, besitzt die Variable dann beim nächsten Start den Wert 1. Die Abfrage im Schritt S2 wird entsprechend verneint, und unter Umgehung der Auslösung der Katalysatorheizmaßnahmen wird zum Motorsteuerungsprogramm im Schritt S5 verzweigt. Mit anderen Worten: Ein Abstellen des noch kalten Motors verhindert das Einschalten der Sekundärluftpumpe beim nächsten Start.

Claims (7)

1. Verfahren der Auslösung wenigstens einer Katalysatorheizmaßnahme nach einem aktuellen Start einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Katalysatorheizmaßnahme nur dann ausgelöst wird, wenn die Brennkraftmaschine beim letzten Abstellen vor dem aktuellen Start noch kalt war.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine dann als kalt gilt, wenn ihre Kühl- und/oder Schmiermitteltemperatur jeweils unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine der Maßnahmen
  • - Spätzündung
  • - Gemischanfettung
  • - Sekundärlufteinblasung
als Katalysatorheizmaßnahme.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß für die Temperatur der Brennkraftmaschine beim Abstellen erfaßt wird und eine Information über diese Temperatur abgespeichert wird, so daß sie beim nächsten Start der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Information darin besteht, ob die Temperatur beim Abstellen der Brennkraftmaschine ober- oder unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes lag.
6. Verfahren der Aufheizung des Katalysators im Abgas einer Brennkraftmaschine nach deren Start durch Hervorrufen einer exothermen Reaktion im Katalysator mittels Zufuhr von Sekundärluft vor dem Katalysator bei gleichzeitiger Anfettung des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die exotherme Reaktion nach einem zweiten Start der Brennkraftmaschine nur dann hervorgerufen wird, wenn eine Temperatur im Bereich der Brennkraftmaschine oder der Abgasanlage nach einem ersten Start einen vorbestimmen Schwellwert überschritten hat.
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