DE4415650C2

DE4415650C2 - Verfahren zur Beeinflussung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Aktivierungstemperatur einer im Abgasstrang einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4415650C2
Application number: DE4415650A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl Ing Bachschmid; Heinrich Bockel; Guenther Ebinger; Bernhard Jokl; Hans-Joachim Dipl Ing Langer
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1994-05-04
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2014-05-05
Also published as: DE4415650A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Zeit dauer bis zum Erreichen der Aktivierungstemperatur einer im Ab gasstrang einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der EP-OS 10384 ist eine Dieselbrennkraftmaschine bekannt, in deren Ansaugleitung ein Drosselklappensystem angeordnet ist, über welches der Ansaugluftmassenstrom dann reduziert wird, wenn zum einen ein im Abgasstrang angeordnet er Rußfilter einen vorge gebenen Beladungsgrad erreicht hat und zum anderen die Tempera tur des Abgases bzw. des Rußfilters selbst auf einem Niveau liegt, welches unterhalb derjenigen Temperatur liegt, ab welcher eine Selbstregeneration des Rußfilters möglich ist. Eine Drosse lung des Ansaugluftstromes bei nicht beladenem Rußfilter ist nicht vorgesehen.

Aus der DE-PS 39 32 420 ist ferner bekannt, den Ansaugluftstrom einer Dieselbrennkraftmaschine derart zu drosseln, daß stromab des Drosselelementes ein Absolutdruck vorliegt, welcher einem aus einem lastabhängigen Kennfeld ausgelesenen Sollwert ent spricht. Dieser Sollwert wird, zur weiteren Reduzierung der Par tikelemission, in Abhängigkeit weiterer Parameter, wie z. B. des Atmosphärendruckes oder der Ansauglufttemperatur korrigiert. Eine Beeinflussung der Drosselung des Ansaugluftmassenstromes im Hinblick auf eine im Abgasstrang vorgesehene Abgasreini gungsvorrichtung ist nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 39 12 301 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem eine Ansaugluftdrosselung immer nur beim Übergang in den Schub betrieb vorgesehen ist, um zu vermeiden, daß infolge eines zu hohen Sauerstoffangebotes im Abgas im Rußpartikelfilter während eines Regenerationsvorganges zu hohe Temperaturen auftreten. Während des normalen Fahrbetriebes, also in allen Lastbereichen - außer in Nullast - ist eine Ansaugluftdrosselung nicht vorgese hen. Die im Abgasstrang angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung erreicht somit nur sehr langsam ihre Betriebstemperatur, vor allem dann, wenn die Brennkraftmaschine in niederen Lastberei chen, also mit sehr hohem Luftüberschuß betrieben wird.

Aus der DE-OS 41 33 138 ist es bekannt, den Ansaugluftmassen strom bei einem Zweitaktdieselmotor im unteren Teillastbereich zur reduzieren, um so einen im Abgasstrang angeordneten Kataly sator schneller auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Dies geschieht u. a. in Abhängigkeit der Motordrehzahl, des Atmosphä rendruckes, der Ansauglufttemperatur und ggfs. auch in Abhängig keit der Kühlmitteltemperatur. Dieses Verfahren hat den Nach teil, daß der Ansaugluftmassenstrom immer auf ein Luft/Kraftstoffverhältnis λ von deutlich über 1 (mager) gesteuert werden muß, will man vermeiden, daß insbesondere im Instatio närbetrieb phasenweise ein zu fettes Gemisch vorliegt, was zu einem starken Anstieg der Schadstoffemissionen führen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß unter Einhaltung einer geringen Schadstoff emission die Zeitdauer bis zum Erreichen der Akti vierungstemperatur eines im Abgasstrang einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten Katalysators weiter reduziert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Mit einer Reduzierung des Ansaugluftmassenstromes wird auch die pro Zeiteinheit durch den Brennraum der Brennkraftmaschine durchgesetzte Luftmasse reduziert. Dies hat zur Folge, daß - be zogen auf einen bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - das Abgastemperaturniveau sich erhöht. Erfolgt nun, wie erfin dungsgemäß vorgesehen, die Drosselung des Ansaugluftmassenstro mes in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in einem sol chen Maß, daß nach der Kraftstoffeinspritzung ein nahezu stöchiometrisches Gemisch vorliegt, so ist gewährleistet, daß sich das Abgastemperaturniveau immer auf einem für den momenta nen Betriebspunkt maximalen Wert befindet. Ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet er Katalysator erreicht somit schnellstmöglich seine Aktivierungstemperatur. Die Schadstoffe mission nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine kann damit auf ein Minimum reduziert werden. Dabei wird dadurch, daß der Betrag der Reduzierung des Ansaugluftmassenstromes in Abhängig keit unter anderem des Restsauerstoffgehaltes im Abgas aus einem Kennfeld ermittelt wird, gewährleistet, daß - selbst im Instatio närbetrieb der Brennkraftmaschine - das Gemisch nie zu fett werden und demzufolge auch keine erhöhte Schadstoffemission auftreten kann. Ist hingegen die Betriebstemperatur des Kataly sators erreicht, wird der Ansaugluftmassenstrom nicht mehr in dem Maße reduziert wie bei noch kalter Brennkraftmaschine, son dern lediglich in solch einem Maße, daß der Katalysator auf sei ner optimalen Betriebstemperatur gehalten wird. D.h. mit anderen Worten ein starkes Ansteigen der Abgastemperatur auf Werte, welche die Stickoxydemission sehr hoch werden lassen, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschlossen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens ist im Anspruch 2 angegeben.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipdarstellung und

Fig. 2 in einem Flußdiagramm die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 8 bezeichneten elektronischen Steuereinheit.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Dieselbrennkraftmaschine, in deren Abgasstrang 2 ein Katalysator 3 angeordnet ist. Im Ansaugtrakt 4 der Brennkraftmaschine 1 ist eine Drosselklappe 5 vorgesehen, über welche der von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Frisch luftstrom stufenlos drosselbar ist. Die Drosselklappe 5 wird da bei betätigt von einem Stellantrieb 6, der wiederum über eine Steuerleitung 7 von einer elektronischen Steuereinheit 8 aus in Abhängigkeit verschiedener Parameter ansteuerbar ist. Hierzu werden der elektronischen Steuereinheit 8 über den Sensor 9 und die Meßwertleitung 10 ein der aktuellen Katalysatortemperatur T_KAT, über den Sensor 11 und die Meßwertleitung 12 ein der aktu ellen Brennkraftmaschinendrehzahl n, über den Sensor 13 und die Meßwertleitung 14 ein der aktuellen Brennkraftmaschinenlast (Fahrpedalstellung α) und über den Sensor 15 (λ-Sonde) und die Meßwertleitung 16 ein dem momentanen Restsauerstoffgehalt im Abgas entsprechendes Signal (λ) zugeführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dann, wenn die Katalysatortemperatur T_KAT unterhalb der Aktivierungstemperatur T_A liegt, also unterhalb derjenigen Temperatur, ab welcher der Katalysator 3 überhaupt erst in der Lage ist, eine Reduzierung der ihn passierenden Schadstoffe (insbesondere NO_x und HC) herbeizuführen, den Ansaugluftmassen strom durch entsprechendes Anstellen der Drosselklappe 5 zu re duzieren. Die Auslenkung β der Drosselklappe 5 wird dabei ausge lesen aus einem in einem Festwertspeicher der elektronischen Steuereinheit 8 abgelegten Kennfeld und zwar in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinenlast α und -drehzahl n, wobei das Kennfeld selbst für eine im wesentlichen stöchiometrische Gemischzusam mensetzung ausgelegt ist. Dies heißt mit anderen Worten, daß - unterhalb der Aktivierungstemperatur T_A - die Drosselklappe 5 in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 auf diejenige Stel lung β geregelt wird, in welcher der Ansaugluftmassenstrom in ei nem Maße reduziert wird, daß nach der Kraftstoffeinspritzung ei ne im wesentlichen stöchiometrische Gemischzusammensetzung vor liegt. Die Ermittlung des Kennfeldes kann z. B. auf einem Prüf stand erfolgen. Je nach Umgebungsbedingung ist es selbstver ständlich möglich, die jeweilige aus dem Kennfeld ausgelesene Drosselklappenstellung geringfügig in Richtung Öffnungsstellung zu korrigieren, so daß eine nicht genau stöchiometrische, son dern geringfügig in den Magerbereich verschobene Gemischzusam mensetzung gegeben ist, wodurch immer eine saubere Verbrennung, d. h. eine Verbrennung ohne eine erhöhte Partikelemission gewähr leistet ist.

Sobald der Katalysator 3 seine Aktivierungstemperatur T_A er reicht hat, wird die Drosselklappe 5 langsam in Richtung Öff nungsstellung überführt. Ab diesem Zeitpunkt wird die Öffnungs stellung der Drosselklappe 3 derart geregelt, daß die Katalysa tortemperatur T_KAT immer innerhalb desjenigen Temperaturberei ches (zwischen der Anspringtemperatur T_A und einer oberen Grenz temperatur T_o) liegt, in welchem eine maximale Reduzierung der Schadstoffe erreicht wird. Anstelle der Katalysatortemperatur T_KAT kann natürlich auch die Temperatur des Abgases kurz vor Eintritt in den Katalysator 3 als Meßgröße herangezogen werden.

In der Fig. 2 ist die Funktionsweise der in Fig. 1 mit 8 be zeichneten elektronischen Steuereinheit aufgezeigt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 werden über den Eingabeblock 17 zuerst die aktuellen Werte für die Brennkraftmaschinenlast α, die Brennkraftmaschinendrehzahl n, die Katalysatortemperatur T_KAT und den Restsauerstoffgehalt im Abgas λ (Signal der λ-Sonde) eingelesen. Im Verzweigungsblock 18 wird überprüft, ob die ak tuelle Temperatur T_KAT des Katalysators 3 die Aktivierungstem peratur T_A bereits erreicht oder gar schon überschritten hat. Ist dies der Fall, erfolgt eine Verzweigung zu dem Block 19, in welchem aus einem Kennfeld 22 entsprechend der momentanen Last α und Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 eine Drosselklappenstel lung β ermittelt wird, mit welcher die Katalysatortemperatur T_KAT in einem günstigen Bereich zwischen der Aktivierungstemperatur T_A und einer oberen Grenztemperatur T_o (Betriebstemperaturbereich T_A<T_KAT<T_o) gehalten werden kann. Entsprechend dieser ermittelten Drosselklappenstellung β wird an schließend über den Ausgabeblock 20 die Drosselklappe 5 ange steuert. Hieran im Anschluß verzweigt die Steuerung zu dem Punkt 26 zur erneuten Eingabe der einzelnen Parameter im Block 17. Sollte die Abfrage im Verzweigungsblock 18 ergeben, daß die ak tuelle Katalysatortemperatur T_KAT noch unterhalb der Aktivie rungstemperatur T_A liegt, so verzweigt die Steuerung zu dem Block 21, in welchem aus einem weiteren Kennfeld 23 in Abhängig keit der aktuellen Last α und Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 die zugehörige Öffnungsstellung β der Drosselklappe 5 ermittelt wird. Dieses Kennfeld 23 jedoch ist ausgelegt für eine stöchio metrische Gemischzusammensetzung (λ = λ_s). Wird also die Drossel klappe 5 über den nachfolgenden Ausgabeblock 24 auf den zuvor im Block 21 ermittelten Wert β eingestellt bzw. geregelt, so liegt nach der Kraftstoffeinspritzung eine im wesentlichen stöchiome trische Gemischzusammensetzung vor. Ergibt die Abfrage im Ver zweigungsblock 25, daß die Brennkraftmaschine 1 noch nicht abge stellt wurde, erfolgt eine Verzweigung zum Punkt 26 zur erneuten Eingabe der einzelnen Parameter im Eingabeblock 17.

Claims

1. Verfahren zur Beeinflussung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Aktivierungstemperatur einer im Abgasstrang einer luftver dichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten Abgasreini gungsvorrichtung, bei welchem Verfahren der Ansaugluftmassen strom der Brennkraftmaschine bei einer Abgastemperatur unterhalb der Temperatur zur Aktivierung der Abgasreinigungsvorrichtung wenigstens lastabhängig reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Katalysators (3) als Abgasreinigungsvor richtung der Ansaugluftmassenstrom auf einen einer stöchiometri schen Gemischzusammensetzung (λ_s) entsprechenden Wert geregelt wird, wobei der Betrag der Reduzierung des Ansaugluftmassenstromes aus einem Kennfeld (23) in Abhängigkeit der Betriebsparameter Restsauerstoffgehalt (λ) im Abgas sowie Last (α) und Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine (1) ausgelesen wird und wobei nach Überschreiten der Aktivierungstemperatur (T_A) der Ansaugluftmassenstrom auf einen der Betriebstemperatur (T_A<T_KAT<T_o) des Katalysators (3) entsprechenden Wert geregelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einer in der Ansaugleitung der luftver dichtenden Einspritzbrennkraftmaschine angeordneten, über eine elektronische Steuereinheit ansteuerbaren Drosselklappe, welcher Steuereinheit ein der aktuellen Brennkraftmaschinenlast, ein der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl und ein der aktuellen Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung entsprechendes Signal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungsvorrichtung ein Katalysator (3) ist und daß im Abgasstrang (2) stromauf des Katalysators (3) ein Sensor (15) zur Erfassung des Restsauerstoffgehaltes im Abgas angeord net ist, dessen Signal an die elektronische Steuereinheit (8) übermittelt wird.