DE19807054C2 - Steuereinrichtung und Verfahren zur Steuerung der Abgasemission von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbeg­ riff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Steuerung der Ab­ gasemission einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 12.

Eine derartige Steuereinrichtung und ein derartiges Verfahren zur Steuerung sind aus der DE 43 43 353 bekannt. Dort wird ein Katalysator mittels einer elektronischen Katalysatorheizung auf eine Betriebstemperatur nach dem Start der Brennkraft­ maschine aufgeheizt. Gleichzeitig mit der Aufheizung des Kata­ lysators erfolgt eine Frischluftzufuhr in den Abgaskanal mit­ tels einer Sekundärluftpumpe.

Die DE 196 26 836 betrifft die elektrische Beheizung eines Oxidationskatalysators für eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer zusätzlichen NO_x-Speicherheizung, wobei der NO_x-Speicher mittels Einleiten von Kraftstoff in Gegenwart von Sauerstoff unter Wärmeentwicklung im Oxidationskatalysator oxidiert wird.

Aus der DE 41 33 117 ist ein Verfahren zur Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen mit einem elektrisch beheizbaren Katalysa­ tor bekannt, bei dem der Katalysator mittels Zuführen von Se­ kundärluft ins Abgas und/oder elektrischen Beheizen vorgewärmt wird, wobei eine Vorwärmung des Katalysatormediums abhängig von einem Alterungszustand desselben gesteuert wird.

Die DE 44 26 788 betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, bei der ein elekt­ risch beheizter Katalysator, welcher stromauf einer Abgastur­ bine angeordnet ist, zeitweilig in den Abgasstrom einschaltbar ist.

Die DE 41 39 291 offenbart ein Verfahren zur Abgasreinigung, bei dem in Abhängigkeit eines Konvertierungsgrades eines Kata­ lysators eine Abgasrückführrate, eine elektrische Beheizung eines Katalysators und/oder eine Sekundärluftmenge über den Katalysator gesteuert werden.

Aus der JP 7-11945-A ist eine Vorrichtung zum Steuern der Ab­ gasemission von Verbrennungsmotoren bekannt, die einen elekt­ risch beheizten Katalysator und eine Sekundärluft-Zufuhrein­ richtung umfaßt. Der elektrisch beheizte Katalysator wird durch Aufnahme von elektrischer Leistung schnell erwärmt. Die Sekundärluft-Zufuhreinrichtung führt den Abgasen Frischluft zu, um die Temperatur der Abgase mittels einer Abgasthermo­ reaktion zu erhöhen und um die Oxidationsreaktionsleistung der Abgase am Katalysatormedium zu verbessern. Diese herkömmliche Abgasemission-Steuervorrichtung führt diese beiden Funktionen gleichzeitig aus.

Die gleichzeitige Ausführung dieser beiden Funktionen schafft jedoch mehrere Probleme. Da z. B. der elektrisch beheizte Kata­ lysator während der elektrischen Beheizung eine hohe elektri­ sche Leistung von 2 kW bis 3 kW verbraucht, muß die Generator­ spannung eines Drehstromgenerators erhöht werden, um diese elektrische Leistung während der elektrischen Beheizung am Ka­ talysator liefern zu können. Ein solcher Lastanstieg des Dreh­ stromgenerators erhöht die Motorlast, wodurch die Ansaugluft­ menge erhöht wird. Durch diese Erhöhung der Ansaugluftmenge steigt die Strömungsgeschwindig­ keit der Abgase durch die Abgasleitung an, weshalb die durch die Sekundärluftzufuhr gewährleistete Thermoreaktorwirkung ab­ gesenkt wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Dadurch wird die Leistung des Katalysatormediums abgesenkt, weshalb die ausge­ stoßene Menge unverbrannter HC- und CO-Gase ansteigt. Ferner erhöht ein Anstieg der Durchflußmenge der Abgase aufgrund ei­ ner erhöhten Ansaugluftmenge die ausgestoßene Menge unver­ brannter HC- und CO-Gase.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Ab­ gasemission von Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine günstige Abgasemission-Steuerung bei Unterdrückung einer Zunahme der Last an einen Drehstromge­ nerator gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der erfindungsgemäßen Steuer­ einrichtung zur Steuerung der Abgasemission einer Brennkraft­ maschine gelöst durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Steuerung der Abgasemission wir die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Steuer­ einrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine sind in den ent­ sprechenden Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus der Abgas­ emission-Steuereinrichtung gemäß einem ersten Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 2 einen Schaltplan zur Veranschaulichung des elektri­ schen Steuersystems des ersten Ausführungsbeispie­ les;

Fig. 3 einen Ablaufplan der Steuerroutine des ersten Aus­ führungsbeispieles;

Fig. 4 eine Tabelle zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Wassertemperatur und einer EHC-Einschaltver­ zögerungszeit, die bei der Steuerung des ersten Ausführungsbeispieles verwendet werden kann;

Fig. 5 eine Tabelle einer alternativen Beziehung zwischen der Wassertemperatur und der EHC-Einschaltverzöge­ rungszeit, die ebenfalls bei der Steuerung des ers­ ten Ausführungsbeispieles verwendet werden kann;

Fig. 6 einen Graphen zur Erläuterung eines Bereiches, in dem die Einschaltverzögerungssteuerung ausgeführt wird;

Fig. 7 einen Graphen zur Erläuterung der Bedingung, unter der die Einschaltverzögerungssteuerung angehalten wird;

Fig. 8A-8C Graphen zur Erläuterung der Änderung der Abgasein­ laß- und Abgasauslaßtemperaturen bei den Steuerun­ gen des ersten Ausführungsbeispieles;

Fig. 9 einen Graphen, der den durch die Einschaltverzöge­ rungssteuerung erhaltenen Vorteil veranschaulicht;

Fig. 10 einen Schaltplan zur Erläuterung des elektrischen Steuersystemes gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 11 einen Schaltplan zur Erläuterung eines elektrischen Steuersystemes gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 12 einen Schaltplan zur Erläuterung eines elektrischen Steuersystems gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel; und

Fig. 13 den bereits erwähnten Graphen zur Erläuterung der Änderung der Abgastemperatur, die durch eine her­ kömmliche Abgasemission-Steuereinrichtung gesteuert wird.

In den Fig. 1 bis 9 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Abgasemission einer Brenn­ kraftmaschine gezeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Abgaskrümmer 2 mit einem V6- Verbrennungsmotor 1 verbunden. Mit dem Auslaß des Abgas­ krümmers 2 ist eine Abgasleitung 3 verbunden, die unterhalb des Bodens einer Fahrzeugkarosserie verläuft. In der Abgaslei­ tung 3 ist ein Hilfskatalysator 4 angeordnet. Der Hilfskataly­ sator 4 enthält einen elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 4A und einen Dreiwegekatalysator 4B, der nicht elektrisch be­ heizt wird. Der EHC 4A ist aus gewickelten Metallplatten ge­ bildet, die als Dreiwegekatalysator-Träger in monolithischer Form dienen. Die gewickelten Platten des EHC 4A wirken, wenn sie elektrische Leistung aufnehmen, außerdem als Heizeinrich­ tung. Auf der Auslaßseite des Hilfskatalysators 4 ist ein Hauptkatalysator 5 angeordnet, der eine große Kapazität be­ sitzt und nicht beheizt wird.

Mit dem Abgaskrümmer 2 ist ferner eine Sekundärluft-Zufuhrlei­ tung 6 verbunden, durch die jedem Anschluß des Abgaskrümmers 2 mittels einer Sekundärluftzufuhreinrichtung 17, einer elektrischen Luftpumpe 17, Sekundärluft zugeführt wird. Selbstverständlich kann die Luftpumpe 17 so beschaffen sein, daß sie vom Motor 17 angetrieben wird, alternativ kann die Luftpumpe 17 jedoch auch eine Leitungsventileinheit sein, die in der Weise arbeitet, daß sie der Abgasleitung 3 unter Verwendung der Pulsationsströmung der Abgase Atmosphärenluft zuführt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, steuert ein Motorsteuermodul (ECM) 10 den EHC 4A und die elektrische Luftpumpe 17. Das ECM 10 empfängt Erfassungssignale von Erfassungseinrichtungen, den Sensoren 101 bis 105, zur Erfassung von Motorzustandsgrößen wie etwa eines Anlasserschaltersignals, eines Wassertempera­ tursignals, eines Motordrehzahlsignals, eines Batteriespan­ nungssignals, eines Zündschaltersignals und dergleichen. Fer­ ner ist hinter dem EHC 4A ein Abgastemperatursensor 7 zur Er­ fassung der Temperatur des vom EHC 4A austretenden Abgases an­ geordnet, der ein die Abgastemperatur des EHC 4A angebendes Signal an das ECM 10 schickt.

Das ECM 10 gibt an eine Wähleinrichtung 14, einen EHC-Wähl­ schalter (EHCSW) 14 ein Schaltertreibersignal (SW-Treibersig­ nal), an einen Regler 15 ein Signal, das einen Sollspannungs­ einschaltdauerwert angibt, an ein Leerlaufsteuerventil (ISC) 16 ein EHC-Lastkorrektursignal sowie an eine Luftpumpe 17 ein Treibersignal aus. Der Regler 15 ist mit einem Drehstrom­ generator (ALT) 13 verbunden, um die Ausgangsspannung des ALT 13 entsprechend dem Sollspannungseinschaltdauerwert vom ECM 10 auf einen Sollwert zu regeln. Der ALT 13 ist mit einem Ein­ gangsanschluß des EHCSW 14 verbunden, der einen ersten Kontakt , der mit einer Batterie und einer elektrischen Last 12 ver­ bunden ist, und einen zweiten Kontakt , der mit dem EHC 4A verbunden ist, umfaßt. Der erste Kontakt und der zweite Kon­ takt werden durch Schalten des EHCSW 14 entsprechend dem SW- Treibersignal vom ECM 10 wahlweise mit dem mit dem ALT 13 ver­ bundenen Eingangsanschluß verbunden. Das ISC 16 steuert die Motordreh­ zahl durch Regeln der Ansaugluftmenge Q auf eine Solldrehzahl, wenn sich der Motor im Leerlaufzustand befindet. Wenn der EHC 4A mit dem ALT 13 verbunden ist, gibt das ECM 10 das Drossel­ klappenöffnungsgrad-Korrektursignal an das ISC 16 aus, um die Ansaugluftmenge Qa entsprechend der Zunahme der Motorlast an­ steigend zu korrigieren. Die Luftpumpe 17 wird mit dem Trei­ bersignal vom ECM 10 angesteuert.

Nun wird mit Bezug auf den Ablaufplan nach Fig. 3 die Funkti­ onsweise der elektrischen Steuerung des EHC 4A beschrieben.

Im Schritt S1 setzt das ECM 10 den EHCSW 14 in die Anfangs­ stellung zurück, in der der ALT 13 mit der Batterie 11 und mit der elektrischen Last 12 verbunden ist.

Im Schritt S2 setzt das ECM 10 einen Zeitgeber TIMER1 zum Mes­ sen einer Verzögerungszeit und einen Merker EHCF zur Angabe des Betriebszustands des EHC 4A zurück.

Im Schritt S3 entscheidet das ECM 10, ob der EHC 4A für eine elektrische Beheizung eingeschaltet werden soll. Mit anderen Worten, das ECM 10 entscheidet, ob ein Zustand zum Einschalten des EHC 4A, der einem Zustand zum Zuführen von Sekundärluft entspricht, vorliegt. Insbesondere liegt der EHC-Einschaltzu­ stand vor, wenn die folgenden vier Bedingungen (1) bis (4) er­ füllt sind: (1) der Anlasserschalter ist ausgeschaltet; (2) die vom Wassertemperatursensor erfaßte Motorkühlwassertempera­ tur ist niedriger als ein vorgegebener Wert von beispielsweise 80°C; (3) die EHC-Abgastemperatur TEHC vom Abgastemperatursen­ sor 7 ist niedriger als eine vorgegebene Temperatur; und (4) es wird festgestellt, daß der EHC 4A normal arbeitet.

Wenn die Entscheidung im Schritt S3 JA lautet, gibt das ECM 10 das Treibersignal an die Luftpumpe 17 aus, um die Zufuhr von Sekundärluft an die Abgasleitung 3 zu beginnen, woraufhin die Routine zum Schritt S4 springt. Wenn die Entscheidung im Schritt S3 NEIN lautet, springt die Routine zum ENDE, um das Einschalten des EHC 4A anzuhalten. Wenn die Wassertemperatur TW des Motors 1 höher als die vorgegebene Temperatur ist, ist der Erhöhungskorrekturbetrag des Kraftstoffs gering und trägt zur Thermoreaktorwirkung wenig bei. Weiterhin erreicht der Ka­ talysator im allgemeinen die Aktivierungstemperatur. Daher wird festgestellt, daß es nicht notwendig ist, den EHC 4A ein­ zuschalten.

Im Schritt S4 liest das ECM 10 aus einem in einem ROM des ECM 10 gespeicherten Kennfeld eine Verzögerungszeit, um die das Einschalten des EHC 4A verzögert wird, anhand der Motorkühl­ wassertemperatur TW aus. Die Verzögerungszeit des EHC 4A in Abhängigkeit von der Wassertemperatur ist anhand der in Fig. 4 gezeigten Tabelle festgelegt, wobei die Verzögerungszeit t1 auf 0 gesetzt ist, wenn die Motorkühlwassertemperatur TW nied­ riger als 0°C ist, während die Verzögerungszeit t1 auf 6 Se­ kunden gesetzt ist, wenn die Motorkühlwassertemperatur TW hö­ her als 0°C und niedriger als 80°C ist.

Der Grund, weshalb die Verzögerungszeit t1 auf 0 gesetzt ist, wenn die Wassertemperatur niedriger als 0°C ist, besteht dar­ in, daß die Abgastemperatur zu niedrig ist, um die Thermoreak­ torwirkung bei dieser niedrigen Temperatur sicherzustellen. Daher wird durch schnelles elektrisches Beheizen des EHC 4A die Aktivität des Katalysators gefördert, so daß es möglich ist, eine günstige Abgasemission-Steuerleistung zu erhalten. Wenn andererseits die Motorkühlwassertemperatur TW innerhalb eines Bereichs von 0°C bis 80°C liegt, ist die Abgastemperatur verhältnismäßig hoch, weshalb die Zufuhr von Sekundärluft die Thermoreaktor­ wirkung aufgrund des Anstiegs der Kraftstoffmenge und der Was­ sertemperatur in ausreichendem Maß sicherstellt. Um eine Ab­ senkung der Thermoreaktorwirkung aufgrund der Zunahme des Gas­ volumens durch Einschalten der elektrischen Heizung des EHC 4A zu verhindern, ist die Verzögerungszeit auf eine vorgegebene Dauer von beispielsweise 6 Sekunden gesetzt, um die das Ein­ schalten des EHC 4A verzögert wird.

Weiterhin ist es möglich, die Verzögerungszeit t1 entsprechend der Wassertemperatur TW unterschiedlich zu setzen. Wie bei­ spielsweise in Fig. 5 gezeigt ist, wird die Einschaltverzöge­ rungszeit t1 dann, wenn die Thermoreaktorwirkung durch die Se­ kundärluftzufuhr durch die Volumenzunahme des Kraftstoffs auf­ grund der Änderung der Kühlwassertemperatur TW für lange Zeit sichergestellt ist, auf einen hohen Wert von beispielsweise 15 Sekunden gesetzt. Wenn die Volumenzunahme des Kraftstoffs ab­ nimmt, nimmt die die Thermoreaktorwirkung sicherstellende Pe­ riode ab. Daher wird die Einschaltverzögerungszeit t1 in die­ sem Fall auf eine kurze Dauer gesetzt. Wenn die Einschaltver­ zögerungszeit t1 in dieser Weise gesetzt ist, wird die Thermo­ reaktorwirkung in Abhängigkeit von der Wassertemperatur TW ge­ eignet berücksichtigt, so daß die Abgasemission-Steuerung ver­ bessert wird.

Aus den obigen Betrachtungen ergibt sich, daß die wichtigen Bedingungen für die Ausführung der Einschaltverzögerungssteue­ rung des EHC 4A, bei der die Thermoreaktorwirkung am effizien­ testen sichergestellt ist, folgendermaßen lauten:

• 1. die Abgastemperatur ist in einem Grundzustand (vor der Zu­ fuhr von Sekundärluft) verhältnismäßig hoch;
• 2. die Ansaugluftmenge ist verhältnismäßig gering; und
• 3. das Luft-/Kraftstoffverhältnis hat einen Wert, bei dem die Kraftstoffmenge zur Thermoreaktorwirkung und zur Oxidati­ onsreaktion beiträgt.

Im Schritt S5 entscheidet das ECM 10, ob der Merker EHCF auf 0 gesetzt ist. Wenn EHCF auf 0 gesetzt ist, d. h., wenn das Ein­ schalten des EHC 4A noch nicht erfolgt ist, springt die Routi­ ne zum Schritt S6.

Im Schritt S6 entscheidet das ECM 10, ob der Zeitgeber TIMER1 kleiner als die Verzögerungszeit t1 ist, auf die im Schritt S4 Bezug genommen worden ist. Wenn die Entscheidung im Schritt S6 JA lautet, springt die Routine zum Schritt S7.

Im Schritt S7 entscheidet das ECM 10, ob die Verzögerungsfort­ setzungsbedingung vorliegt. Das heißt, wenn der Motorbetriebs­ zustand zu einem Zustand wechselt, in dem die Thermoreaktor­ wirkung aufgrund der Ausführung der Einschaltverzögerung des EHC 4A verlorengeht, wird der EHC 4A eingeschaltet, um die Ak­ tivierung des Katalysators zu fördern. Wenn insbesondere die Motorausgangsleistung hoch ist und die Ansaugluftmenge höher als eine vorgegebene Menge ist, obwohl die Ansaugluftmenge durch Absenken der Last des Drehstromgenerators aufgrund des Abschaltens des EHC 4A reduziert wird, kann die Thermoreaktor­ wirkung nicht gewährleistet werden. Daher wird die Einschalt­ verzögerungssteuerung angehalten und wird der EHC 4A einge­ schaltet. Falls die Ansaugluftmenge vorübergehend erhöht ist, ist die Thermoreaktorwirkung nach der Abnahme der Ansaugluft­ menge sichergestellt. Daher wird entschieden, daß die Verzöge­ rungsfortsetzungsbedingung nicht erfüllt ist, wenn der Zu­ stand, daß die Ansaugluftdurchflußmenge Qa größer als eine vorgegebene Durchflußmenge von beispielsweise 600 l/min ist, während einer vorgegebenen Dauer von beispielsweise 500 ms auf­ rechterhalten wird.

Obwohl das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung so gezeigt und beschrieben worden ist, daß die Entscheidung im Schritt S7 anhand der von einem Luftdurchflußmesser erfaßten Ansaugluft­ durchflußmenge Qa erfolgt, kann die Entscheidung im Schritt S7 selbstverständlich auch anhand eines Motorbetriebszustandes erfolgen, der aus dem Kennfeld der Motordrehzahl und der Last (Kraftstoffeinspritzmenge Tp), das in Fig. 6 gezeigt ist, er­ halten wird.

Nun wird ein weiteres Entscheidungsverfahren beschrieben. Bei­ spielsweise kann die Fortsetzungsbedingung auch durch Überwa­ chen einer Änderung ΔT der Temperatur des EHC 4A anhand des Signals vom Abgastemperatursensor 7 festgestellt werden. Mit anderen Worten, wenn die Änderung ΔT kleiner als ein vorgege­ bener Wert wird, so daß der Anstieg der Temperatur des EHC 4A im allgemeinen gesättigt ist, kann bestimmt werden, daß die Verzögerungsfortsetzungsbedingung nicht erfüllt ist, da in diesem Zustand die Aktivierung des Katalysators statt durch Sekundärluftzufuhr durch elektrisches Beheizen des EHC 4A ge­ fördert wird. Es wird definiert, daß die Entscheidung über die Änderung ΔT erfolgt, wenn die Abgaseinlaßtemperatur höher als eine vorgegebene Temperatur T1 ist oder wenn eine vorgegebene Zeitperiode ab dem Anlassen des Motors unter Berücksichtigung des Ansprechverhaltens des Temperatursensors 7 verstrichen ist.

Wenn im Schritt S7 entschieden wird, daß die Verzögerungsfort­ setzungsbedingung erfüllt ist, springt die Routine zum Schritt S8, in dem der Zeitgeber TIMER1 um Δt inkrementiert wird. Dann springt die Routine zum Schritt S11.

Wenn andererseits die Entscheidungen in den Schritten S5, S6 und S7 jeweils NEIN lautet, d. h. wenn die EHC-Einschaltbedingung nicht erfüllt ist und/oder wenn die Einschalt­ verzögerungszeit t1 verstrichen ist und/oder wenn die Verzöge­ rungsfortsetzungsbedingung nicht erfüllt ist, springt die Rou­ tine zum Schritt S9.

Im Schritt S9 wird der EHC 4A eingeschaltet. Das heißt, das ECM 10 bringt den EHCSW 14 in eine zweite Stellung , in der der ALT 13 mit dem EHC 4A verbunden ist.

Im Schritt S10 wird der Merker EHCF auf 1 gesetzt. Nach den Schritten S8 oder S10 springt die Routine zum Schritt S11, in dem das ECM 10 feststellt, ob die EHC-Ausschaltbedingung vor­ liegt. Wenn die Entscheidung im Schritt S11 JA lautet, springt die Routine zum Schritt S12, in dem der EHCSW 14 in die erste Stellung gebracht wird, in der der EHC 4A in den Ausschalt­ zustand versetzt ist. Obwohl grundsätzlich entschieden wird, daß der EHC-Ausschaltzustand erfüllt ist, wenn eine vorgegebe­ ne Dauer von beispielsweise 30 Sekunden oder 60 Sekunden seit dem Beginn verstrichen ist, wird das Einschalten des EHC 4A selbst während der Einschaltverzögerungsdauer angehalten, falls die Ausschaltbedingung vorliegt.

Wenn im Schritt S11 entschieden wird, daß die Ausschaltbedin­ gung nicht vorliegt, kehrt die Routine zum Schritt S5 zurück, um die Schritte S5 bis S10 zu wiederholen.

Wenn bei dieser Anordnung die Motorkühlwassertemperatur TW vor dem Erwärmen des Motors 1 in einen vorgegebenen Bereich (zwi­ schen 0°C und 80°C) liegt, ist die Basis-Abgastemperatur ver­ hältnismäßig hoch, so daß die Thermoreaktorwirkung durch die Sekundärluftzufuhr aufgrund der Kraftstoffvolumenzunahme bei niedriger Temperatur sichergestellt ist. Daher wird durch Ver­ zögern des Einschaltens des EHC 4A bei stattfindender Zufuhr von Sekundärluft der Anstieg der Ansaugluftmenge unterdrückt, so daß die Thermoreaktorwirkung aufgrund der Sekundärluft ver­ bessert wird. Daher wird der Katalysator schnell bis zu einem Ausmaß aktiviert, der im Zustand direkt nach dem Anlassen des Motors erforderlich ist. Dadurch kann die Abgasemission- Steuereinrichtung die Abgasemissionssteuerung zufriedenstel­ lend ausführen. Ferner wird durch Unterdrücken des Anstiegs der Ansaugluftmenge die absolute Menge von Abgasschadstoffen erniedrigt. Dadurch wird die Abgasemission-Steuerung weiter verbessert.

Da der Katalysator nach der Verzögerung des Einschaltens des EHC 4A schnell in hohem Maß aktiviert wird, so daß der Kataly­ sator die Abgasemission-Steuerung selbst in dem Motorbetriebs­ zustand, in dem die Ansaugluftmenge hoch ist, ausreichend er­ zielt, wird der gesamte Katalysator durch Einschalten des EHC 4A erwärmt, so daß er schnell aktiviert wird.

Die Fig. 8A bis 8C zeigen die Unterschiede der Leistung, die durch Einschalten des EHC 4A und durch Anwenden der Einschalt­ verzögerungszeit hervorgerufen werden. In den Fig. 8A bis 8C sind zum Vergleich drei Fälle gezeigt, wobei im ersten Fall der EHC 4A direkt nach dem Anlassen eingeschaltet wird (EHC EIN), im zweiten Fall das Einschalten des EHC 4A entsprechend der Wassertemperatur verzögert wird (EHC EIN (Verzögerung)) und im dritten Fall der EHC 4A nicht eingeschaltet wird (EHC AUS).

Wie aus den Fig. 8A bis 8C hervorgeht, wird bei Einschalten des EHC 4A die Last des ALT 13 erhöht, wird die Thermoreaktorwir­ kung durch die Sekundärluftzufuhr erniedrigt und wird die Ein­ laßtemperatur des EHC 4A stark abgesenkt. Durch Verzögern des Einschaltens des EHC 4A um 6 Sekunden ab dem Beginn, bei dem die Thermoreaktorwirkung hoch ist, wird hingegen die Thermore­ aktorwirkung wie bei ausgeschaltetem EHC 4A hoch. Durch diese Verzögerung wird jedoch die Auslaßtemperatur des EHC 4A im Vergleich zu dem Fall bei eingeschaltetem EHC 4A erhöht, weshalb der EHC 4A schnell aktiviert wird, wodurch die Abgasemission-Steuerung deutlich verbessert wird.

Falls der EHC 4A bis zum Ende nicht eingeschaltet wird, obwohl die Thermoreaktorwirkung durch die Sekundärluftzufuhr während einer vorgegebenen Dauer ab dem Beginn wie im Fall der Ein­ schaltverzögerung sichergestellt ist, bleibt die Auslaßtempe­ ratur des EHC 4A im Vergleich zu dem Fall mit eingeschaltetem EHC 4A auf einem niedrigen Wert. Daher ist es schwierig, den Katalysator lediglich durch ausreichende Erhöhung seiner Tem­ peratur bei ausgeschaltetem EHC 4A zu aktivieren.

Fig. 9 zeigt die Wirkung, die durch Verzögern des Einschaltens des EHC 4A (EHC EIN (Verzögerung)) im Vergleich zu den Fällen bei ausgeschaltetem EHC (EHC AUS) und bei eingeschaltetem EHC (EHC EIN) erhalten wird. Wie aus dem Graphen von Fig. 9 hervor­ geht, beträgt die HC-Abgasmenge bei EHC-Einschaltverzögerung 72% der Menge, die im Fall bei ausgeschaltetem EHC erhalten wird, während die HC-Abgasmenge bei eingeschaltetem EHC 82% derjenigen bei ausgeschaltetem EHC beträgt.

Obwohl das erste Ausführungsbeispiel so gezeigt und beschrie­ ben worden ist, daß der EHC 4A durch die Leistung des ALT 13 elektrisch beheizt wird, kann der EHC 4A selbstverständlich auch mit der Batterie 11 elektrisch verbunden werden, um den gleichen Vorteil wie in dem ersten Ausführungsbeispiel sicher­ zustellen. In diesem Fall liefert der ALT 13 elektrische Leis­ tung an die Batterie 11, während die Batterie 11 an den EHC 4A elektrische Leistung liefert. Obwohl die Batterie 11 in der Weise arbeitet, daß sie Laständerungen für den ALT 13 dämpft, wird die Last des ALT 13 erhöht, so daß die Ansaugluftmenge ansteigt. Selbstverständlich werden für die Beheizung des EHC 4A durch die elektrische Leistung von der Batterie 11 und für die Verzögerung des Einschaltens des EHC 4A die gleichen Vor­ teile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in ähnlicher Wei­ se erhalten.

In Fig. 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Abgasemis­ sion-Steuereinrichtung gezeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel ist im allgemeinen dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, mit der Ausnahme, daß anstelle der Wähleinrichtung 14, also des Wählschalters 14, eine Wähleinrichtung 21, also ein Wählschal­ ter 21, verwendet wird. Der Wählschalter 21 des zweiten Aus­ führungsbeispiels ist ein EIN/AUS-Schalter und zwischen dem EHC 4A und der mit dem ALT 13 verbundenen Batterie 11 angeord­ net, um die Zufuhr von elektrischer Leistung von der Batterie 11 an den EHC 4A entsprechend dem SW-Treibersignal vom ECM 10 zu ermöglichen bzw. zu unterbrechen. Die Batterie 11 ist di­ rekt mit dem ALT 13 verbunden, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Da die übrige Konstruktion des zweiten Ausführungsbeispiels gleich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist, wird eine nochmalige Erläuterung weggelassen.

Um eine Abnahme der Thermoreaktorwirkung zu vermeiden, die durch Einschalten des EHC 4A gleichzeitig mit dem Beginn der Sekundärluftzufuhr verursacht wird, ist das zweite Ausfüh­ rungsbeispiel so beschaffen, daß während einer vorgegebenen Zeitdauer ab dem Einschalten des EHC 4A durch Schließen des Wählschalters 21 die erzeugte Spannung des ALT 13 auf einen Wert gesetzt wird, der kleiner als der Spannungswert ist, der bei ausgeschaltetem EHC 4A erforderlich ist. Da insbesondere die erzeugte Spannung des ALT 13 durch den Regler 15 gesteuert wird, wird die Sollspannung (Einschaltdauerwert), die vom ECM 10 an den Regler 15 ausgegeben wird, während einer vorgegebe­ nen Zeitperiode auf einen Wert gesetzt, der kleiner als die bei ausgeschaltetem EHC erforderliche erzeugte Spannung ist. Die Sollspannung kann einfach auf 0 V gesetzt werden oder auf der vor dem Einschalten des EHC 4A gesetzten Sollspannung gehalten werden. Die vorgegebene Zeitperiode kann ähnlich wie die Einschaltverzögerungszeit in dem ersten Ausführungsbei­ spiel in Abhängigkeit von der Motorkühlwassertemperatur TW be­ stimmt werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt das Einschalten des EHC 4A gleichzeitig mit der Zufuhr von Sekun­ därluft. Daher wird durch das elektrische Beheizen des EHC 4A und die Thermoreaktorwirkung der Katalysator schnell akti­ viert. Da die Restkapazität der Batterie 11 absinkt, falls die elektrische Beheizung des EHC 4A lediglich durch die Leistung der Batterie 11 erfolgt, steigt die erzeugte Spannung des ALT 13 nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitperiode ab dem Be­ ginn des Heizvorgangs an, um eine Abnahme der Restkapazität der Batterie 11 zu verhindern und um den EHC 4A in ausreichen­ dem Maß beheizen zu können.

In Fig. 11 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Abgasemissi­ on-Steuereinrichtung gezeigt. Das dritte Ausführungsbeispiel ist im allgemeinen dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich, mit der Ausnahme, daß sich die Anordnung des Wählschalters von derjenigen in dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Da die übrige Konstruktion des dritten Ausführungsbeispiels gleich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist, wird eine nochmalige Erläuterung weggelassen.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist zwischen dem ALT 13 und der Batterie 11 ein erster Wählschalter 20 angeordnet, während zwischen dem EHC 4A und einer den ersten Wählschalter 20 und die Batterie 11 verbindenden Leitung ein zweiter Wählschalter 21 angeordnet ist. Der erste Wählschalter 20 nimmt entspre­ chend einem ersten Schaltertreibersignal vom ECM 10 einen ge­ schlossenen oder einen geöffneten Zustand an. Ähnlich nimmt der zweite Wählschalter 21 entsprechend einem zweiten Schal­ tertreibersignal vom ECM 10 einen geschlossenen oder einen geöffneten Zustand an. Nachdem der Motor 1 angelassen worden ist, wird der erste Wählschalter 20 geöffnet, um die Verbindung zwischen dem ALT 13 und der Batterie 11 zu unterbrechen. Dann wird der zweite Wählschalter 21 geschlossen, um elektrische Leistung von der Batterie 11 an den EHC 4A zu liefern. Wenn ab dem Schließen des zweiten Wählschalters 21 eine vorgegebene Zeit­ periode verstrichen ist, wird der erste Wählschalter 20 ge­ schlossen, um elektrische Leistung vom ALT 13 zum EHC 4A zu liefern. Bei dieser Anordnung wird ähnlich wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Last aufgrund des Einschaltens des EHC 4A solange nicht an den ALT 13 geliefert, bis ab dem Einschal­ ten des EHC 4A eine vorgegebene Zeitperiode verstrichen ist. Daher wird die Zunahme der Ansaugluftmenge aufgrund einer Er­ höhung der Motorlast unterdrückt, so daß die Beheizung mittels elektrischer Leistung und die Thermoreaktorwirkung den Kataly­ sator schnell aktivieren. Ferner liefert der ALT 13 zu einem Zeitpunkt, zu dem eine vorgegebene Dauer ab dem Einschalten des EHC 4A verstrichen ist, elektrische Leistung an die Batte­ rie 11 und an den EHC 4A, so daß die Batterie 11 aufgeladen wird und der Katalysator des EHC 4A schnell aktiviert wird.

In Fig. 12 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Abgasemissi­ on-Steuereinrichtung gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel ist im allgemeinen dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, mit der Ausnahme, daß anstelle des Wählschalters 14 ein Wählschal­ ter 31 angeordnet ist. Da die übrige Konstruktion des vierten Ausführungsbeispiels gleich derjenigen des ersten Ausführungs­ beispiels ist, wird eine nochmalige Erläuterung weggelassen.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist der Wählschalter 31 so beschaf­ fen, daß er die Batterie wahlweise mit dem ALT 13 oder mit dem EHC 4A verbindet. In dieser Anordnung erfolgt die elektrische Beheizung des EHC 4A ausschließlich durch die Batterie 11, so daß die Last des EHC 4A den ALT 13 niemals beeinflußt. Daher wird die Zunahme der Ansaugluftmenge aufgrund einer Zunahme der Motorlast unterdrückt, so daß die Beheizung mittels elektrischer Leistung und die Thermoreaktor­ wirkung den Katalysator schnell aktivieren.

Claims (19)

1. Steuereinrichtung zur Steuerung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) mit einem elek­ trisch beheizbaren Katalysator (4A) und einer Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine (1), gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung eines Beginns der elektrischen Behei­ zung des Katalysators (4A) in Bezug auf den Betriebsbeginn der Sekundärluftzu­ fuhreinrichtung (17).

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekun­ därluftzufuhreinrichtung (17) und der Katalysator (4A) durch eine Abgasleitung (3) miteinander verbunden sind.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) jedem Anschluß eines Abgaskrümmers (2) der Brennkraftmaschine (1) Frischluft zugeführt ist.

4. Steuereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) eine Luftpumpe enthält, die entweder elektrisch oder durch die Brennkraftmaschine (1) angetrieben ist.

5. Steuereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) ein Leitungsventil ent­ hält, das durch eine Pulsationsströmung der Brennkraftmaschine (1) angetrieben ist.

6. Steuereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (101-105), die die Zustandsgrößen der Brenn­ kraftmaschine (1) erfaßt.

7. Steuereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Steuermodul (10) zur Verarbeitung der von der Erfassungseinrichtung (101-105) und von einem Abgastemperatursensor (7) übermittelten Signalen wo­ bei der Katalysator (4A) und die Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) über eine Wähleinrichtung (14) gesteuert sind.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Wähleinrichtung, (14) durch die ein Drehstromgenerator (13) entweder mit einer Batterie (11) oder mit dem Katalysator (4A) verbunden ist, wobei der Drehstromgenerator (13) mit der Batterie (11) verbunden ist, wenn ein erster Verbindungszustand gewählt ist und der Drehstromgenerator (13) mit dem Katalysator (4A) verbunden ist, wenn ein zweiter Verbindungszustand gewählt ist und das Steuermodul (10), das die Wähleinrichtung (14) in der Weise steuert, daß sie den zweiten Verbindungszu­ stand wählt, wenn der Katalysator (4A) beheizt werden soll und sie den ersten Verbindungszustand wählt, wenn der Katalysator (4A) in den Ausschaltzustand versetzt ist.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Wähleinrichtung (21) zum Wählen entweder eines Verbindungszustandes oder eines Unterbre­ chungszustandes zwischen dem mit der Batterie (11) verbundenen Drehstromge­ nerator (13) und dem Katalysator (4A) und das Steuermodul (10), das die Wähl­ einrichtung (21) in der Weise steuert, daß sie den Verbindungszustand wählt, um eine vom Drehstromgenerator (13) erzeugte Spannung auf einen Wert zu setzen, der kleiner als der erforderliche Wert bei ausgeschaltetem Katalysator (4A) ist.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine erste Wählein­ richtung (20) zum Wählen entweder eines Verbindungszustandes oder eines Un­ terbrechungszustandes zwischen der Batterie (11) und dem Drehstromgenerator (13), die zweite Wähleinrichtung (21) zum Wählen entweder eines Verbindungszu­ standes oder eines Unterbrechungszustandes zwischen der Batterie (11) und dem Katalysator (4A) und das Steuermodul (10), das die zweite Wähleinrichtung (21) in der Weise steuert, daß sie den Verbindungszustand wählt, wenn seit dem Anlas­ sen der Brennkraftmaschine (1) eine vorgegebene Zeitperiode verstrichen ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Wähleinrichtung (31), durch die die Batterie (11) entweder mit dem Drehstromgenerator (13) oder mit dem Katalysator (4A) verbunden ist, wobei die Batterie (11) mit dem Dreh­ stromgenerator (13) verbunden ist, wenn ein erster Verbindungszustand gewählt ist, und die Batterie (11) mit dem Katalysator (4A) verbunden ist, wenn ein zweiter Verbindungszustand gewählt ist und das Steuermodul (10), durch das die Verbin­ dungswähleinrichtung (31) in der Weise gesteuert ist, daß diese in dem zweiten Verbindungszustand nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine (1) gebracht ist und den ersten Verbindungszustand nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit­ dauer seit dem Anlassen der Brennkraftmaschine (1) gebracht ist.

12. Verfahren zur Steuerung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine (1) in Ab­ hängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) mit einem Katalysator (4A) und einer Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine (1) mit den Verfahrensschritten:
Beheizung des Katalysators (4A) und Sekundärluftzufuhr mittels Sekundärluftzu­ fuhreinrichtung (17), dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der elektrischen Beheizung des Katalysators (4A) in Bezug auf den Betriebsbeginn der Sekundär­ luftzufuhreinrichtung (17) verzögert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Erfas­ sungseinrichtung (101-105) erfaßte Temperatur der Brennkraftmaschine (1) eine Verzögerungszeit zum Verzögern der elektrischen Beheizung des Katalysators (4A) bestimmt.

14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Brennkraftmaschine (1) eine vorgegebene Zeit­ dauer zum Begrenzen der von einem Drehstromgenerator (13) erzeugten Span­ nung bestimmt.

15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von einem mit einer Batterie (11) verbundenen Drehstromgene­ rator (13) erzeugte Spannung von einem Steuermodul (10) so begrenzt wird, daß sie während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Beginn der elektrischen Be­ heizung des Katalysators (4A) und der Sekundärluftzufuhr durch die Sekundärluft­ zufuhreinrichtung (17) kleiner als ein Wert während des Zustandes ohne Behei­ zung des Katalysators (4A) ist, dabei beendet das Steuermodul (10) die Begren­ zung der vom Drehstromgenerator (13) erzeugten Spannung und erhöht die vom Drehstromgenerator (13) erzeugte Spannung auf einen Spannungswert, der für den Betrieb des Katalysators (4A) nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdau­ er erforderlich ist.

16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuermodul (10) die vom Drehstromgenerator (13) erzeugte Spannung begrenzt, indem sie eine Sollspannung eines Reglers (15) zum Regeln der vom Drehstromgenerator (13) erzeugten Spannung in der Weise begrenzt, daß sie kleiner als der Wert während des Zustands ohne Beheizung des Katalysators (4A) ist.

17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuermodul (10) die vom Drehstromgenerator (13) erzeugte Spannung begrenzt, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine (1) in einem bestimmten Bereich liegt.

18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuermodul (10) die Verzögerung der elektrischen Beheizung beendet, wenn die durch die Sekundärluftzufuhreinrichtung (17) sicherzustellende Thermoreaktorwirkung gering ist.

19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuermodul (10) die Begrenzung der vom Drehstromgenerator (13) erzeugten Spannung zurücknimmt, wenn die durch die Sekundärluftzufuhrein­ richtung (17) sicherzustellende Thermoreaktorwirkung gering ist.