DE60003627T2

DE60003627T2 - Verfahren zur Regelung der Wärmeverluste eines katalytischen Konverters während Schubbetrieb

Info

Publication number: DE60003627T2
Application number: DE60003627T
Authority: DE
Inventors: Martin-Peter Bolz; Udo Sieber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-01-06
Also published as: US6510685B2; JP4865133B2; DE60003627D1; US20010005987A1; JP2001234740A; EP1126148A1; EP1126148B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wärmeverluste eines Katalysators bei Schubabschaltung in einer Brennkraftmaschine mit vollvariabler Ventilsteuerung.
Schubabschaltung ist ein bekannter Prozess, der in einigen Kraftfahrzeugen verwendet wird und bei dem im Schubbetrieb eines Kraftfahrzeugs (das heißt Rollen aufgrund seines Eigenimpulses, wobei das Gaspedal nicht niedergedrückt ist) Kraftstoff nicht länger in den Motor eingespritzt wird. Obgleich sich der Motor weiter dreht und die Kolben weiter pumpen, wird somit kein Kraftstoff eingespritzt oder durch den Motor verbrannt.
Da sich der Motor bei Schubabschaltung noch dreht, wird durch Pumpen der Kolben Frischluft in die Motorzylinder gesaugt und durch das Abgassystem wieder herausgedrückt. Somit bewirkt die Pumpfunktion des Motors, dass Frischluft kontinuierlich durch den Katalysator hindurchgeleitet wird. Dadurch wird der Katalysator abgekühlt, wodurch seine Wirksamkeit vermindert wird.
Bei herkömmlichen drosselklappengesteuerten Motoren mit Fremdzündung lassen sich die unerwünschten Kühlwirkungen des Katalysators auf ein Minimum reduzieren, indem die Drosselklappe während der Schubabschaltung geschlossen und dadurch verhindert wird, dass Frischluft in den Motor gesaugt wird.
Mit einer vollvariablen Ventilhubsteuerung ausgestattete Motoren enthalten in der Regel jedoch keine Drosselklappe. Stattdessen wird der Ventilhub der Einlassventile unter Verwendung geeigneter Ventilstellglieder, zum Beispiel hydraulischer Stellglieder, elektromagnetischer Stellglieder oder mechanisch verstellbarer Ventilstellglieder, wie zum Beispiel einer verstellbaren Nockenwelle, stufenlos vom Nullhub (kein Ansaugen) zum zulässigen Maximalhub verstellt. Deshalb ist es nicht möglich, bei Schubabschaltung durch Schließen der Drosselklappe Wärmeverluste eines Katalysators zu regeln.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wärmeverluste eines Katalysators bei Schubabschaltung in einer Brennkraftmaschine mit einem Ventil und einem Ventilstellglied, das einen verstellbaren Hubsollwert aufweist, und einem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsollwert als eine Funktion der Temperatur des Katalysators festgelegt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Hubsollwert so festgelegt, dass er gleich, oder kleiner, einem ersten vorbestimmten Sollwert ist, wenn die Temperatur des Katalysators unter einer ersten vorbestimmten Temperatur liegt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Hubsollwert so festgelegt, dass er gleich, oder größer, einem zweiten vorbestimmten Sollwert ist, wenn die Temperatur des Katalysators höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Hubsollwert so festgelegt sein, dass er gleich dem ersten vorbestimmten Sollwert ist, wenn die Temperatur des Katalysators niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, und der Hubsollwert so festgelegt sein, dass er gleich einem zweiten vorbestimmten Hubsollwert ist, wenn die Temperatur des Katalysators höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist. Der erste vorbestimmte Sollwert kann zum Beispiel Null sein, was einem geschlossenen Ventil entspricht. Der zweite vorbestimmte Sollwert kann zum Beispiel einem vollen Ventilhub entsprechen.
Die erste vorbestimmte Temperatur kann als eine Funktion einer Katalysatormindestbetriebstemperatur festgelegt sein. Die zweite vorbestimmte Temperatur kann als eine Funktion einer zulässigen Katalysatormaximalbetriebstemperatur festgelegt sein. Um ein schnelles Schalten der Hubsollwerte zwischen den zwei vorbestimmten Hubsollwerten zu verhindern, ist die zweite vorbestimmte Temperatur größer als die erste vorbestimmte Temperatur. Die Temperatur des Katalysators kann berechnet werden, indem zum Beispiel ein Katalysatortemperaturmodell verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann funktionieren, indem der Hubsollwert eines Einlassventils festgelegt wird, sie könnte aber auch funktionieren, indem der Ventilhubsollwert eines Auslassventils der Brennkraftmaschine festgelegt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, in dem Komponenten eines Ausführungsbeispiels und ihre Funktionen dargestellt werden.
2 ist ein Flussdiagramm, in dem eine durch die Ventilhubsteuereinheit nach 1 durchgeführte Routine dargestellt wird.
3 ist ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen Ventilhubsollwerten und der Temperatur des Katalysators dargestellt wird.
Ausführliche Beschreibung
Die Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt.
1 zeigt einen Katalysator 1, der an einen Temperatursensor 1a zur Messung seiner Temperatur gekoppelt ist, wobei dieser wiederum an eine Ventilhubsteuereinheit 2 gekoppelt ist, die einen Mikroprozessor enthält. Darüber hinaus ist ein Gaspedal 3 an einen Gaspedalpositionssensor 3a zur Messung seiner Position oder seines Winkels gekoppelt, der wiederum an die Ventilhubsteuereinheit 2 gekoppelt ist. Die Ventilhubsteuereinheit 2 ist an ein Ventilhubstellglied 5a gekoppelt, wobei ein Schubabschaltungsschalter 4 dazwischen gekoppelt ist. Ein Ventilhubstellglied ist ein bekanntes Produkt, das zum Beispiel in dem BMW-WT-System, dem Delphi-WA-System und dem Meta-WL-System verwendet wird.
Wie in 1 dargestellt, steuert eine Ventilhubsteuereinheit 2 das Ventil 5, indem sie ein einen Ventilhubsollwert P_Hub anzeigendes Signal an das Ventilhubstellglied 5a sendet. Das Ventilhubstellglied 5a betätigt wiederum das Ventil 5 derart, dass sein Maximalhub dem aktuellen Ventilhubsollwert P_Hub entspricht. Bei Normalbetrieb, das heißt, wenn Schubabschaltung nicht in Betrieb ist, ist der Schubabschaltungsschalter 4 in die AUS-Stellung geschaltet. In dieser Betriebsart berechnet die Ventilhubsteuereinheit 2 den Hubsollwert P_Hub auf Grundlage eines Signals, das sie von dem Gaspedalpositionssensor 3a erhält. Der Gaspedalpositionssensor 3a misst kontinuierlich die Position (oder den Winkel) des Gaspedals 3 und sendet ein die Position (oder den Winkel) anzeigendes Signal α. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, berechnet die Ventilhubsteuereinheit 2 kontinuierlich den Ventilhubsollwert P_Hub und sendet dem Ventilstellglied 5a ein Signal, das den Ventilhubsollwert P_Hub anzeigt. Das Ventilhubstellglied 5a betätigt das Ventil derart, dass sein Maximalhub dem aktuellen Ventilhubsollwert P_Hub entspricht.
Während Schubabschaltung, das heißt, wenn der Schubabschaltungsschalter 4 in die EIN-Stellung geschaltet ist, wird der Ventilhubsollwert P_Hub nicht länger als eine Funktion der Gaspedalposition oder des Gaspedalwinkels α berechnet. Stattdessen ist der Ventilhubsollwert P_Hub auf einen von zwei vorbestimmten Ventilhubsollwerten festgelegt, die auf einer Katalysatortemperatur T_kat basieren. Die Ventilhubsteuereinheit 2 erhält von einem an oder in dem Katalysator 1 angeordneten Temperatursensor 1a ein die Temperatur eines Katalysators T_kat anzeigendes Eingangssignal. Als Alternative dazu könnte die Steuereinheit 2 einen Wert für die Katalysatortemperatur T_kat gemäß einem Katalysatortemperaturmodell 1b berechnen. Unter Verwendung des Temperaturmodells wird T_kat auf Grundlage messbarer Eingaben, wie zum Beispiel der Motortemperatur, der Motordrehzahl, der Motorlast, des Zündwinkels und der Krümmerlufttemperatur, berechnet. Die durch die Ventilhubsteuereinheit 2 verwendete Routine zur Festlegung des Ventilhubsollwerts P_Hub wird in 2 ausführlicher gezeigt.
Wie in 2 gezeigt, beginnt die Routine mit Schritt 201, wonach die Steuereinheit 2 in Schritt 202 ermittelt, ob die Schubabschaltung eingeschaltet ist. Wenn die Schubabschaltung nicht eingeschaltet ist, dann wird der Ventilhubsollwert P_Hub gemäß bekannten Verfahren in Schritt 205 ermittelt, zum Beispiel als eine Funktion der Gaspedalposition oder des Gaspedalwinkels α. Wenn die Schubabschaltung eingeschaltet ist, wird die Temperatur des Katalysators T_kat in Schritt 203 mit einer ersten vorbestimmten Temperatur T₁ verglichen. Wenn die Temperatur des Katalysators T_kat niedriger ist als die erste vorbestimmte Temperatur T₁, wird der Ventilhubsollwert P_Hub in Schritt 207 so eingestellt, dass er einem ersten vorbestimmten Sollwert P₀ entspricht. Wenn jedoch die Temperatur des Katalysators T_kat nicht niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur T₁ ist, dann wird die Temperatur des Katalysators T_kat in Schritt 204 mit einer zweiten vorbestimmten Temperatur T₂ verglichen.
Wenn die Temperatur des Katalysators T_kat größer als die zweite vorbestimmte Temperatur T₂ ist, wird der Ventilhubsollwert P_Hub in Schritt 206 so eingestellt, dass er einem zweiten vorbestimmten Sollwert P_F entspricht. Wenn die Temperatur des Katalysators T_kat nicht größer als die zweite vorbestimmte Temperatur T₂ ist (zum Beispiel irgendwo zwischen T₁ und T₂), dann wird Schritt 203 so lange wiederholt, bis die Temperatur entweder kleiner als die erste T₁ oder größer als die zweite vorbestimmte Temperatur T₂ ist. Während diese Schritte wiederholt werden, kann das Ventil zum Beispiel in dem Zustand bleiben, in dem es zuletzt eingestellt war, bevor die Schubabschaltung eingeschaltet wurde. Nach der Festlegung des Hubsollwertes in den Schritten 205, 206 oder 207 beginnt die Routine wieder bei Schritt 201.
Die erste vorbestimmte Temperatur T₁ entspricht einer die Mindestwirkbetriebstemperatur des Katalysators anzeigenden Temperatur, während die zweite vorbestimmte Temperatur T₂ einer Temperatur entspricht, die die zulässige Maximalbetriebstemperatur des Katalysators anzeigt und in jedem Fall größer als T₁ ist. Der erste vorbestimmte Sollwert P₀ ist gleich Null oder ungefähr Null (entsprechend einem ungefähr vollständig geschlossenen Ventil), um zu verhindern, dass Luft durch den Motor und den Katalysator zirkuliert. Der zweite vorbestimmte Sollwert P_F ist gleich einem Wert, der einem vollständig geöffneten oder nahezu vollständig geöffneten Ventil entspricht, um zu gestatten, dass Frischluft durch den Motor und den Katalysator zirkuliert.
Wenn sich der Katalysator unterhalb seiner Mindestwirkbetriebstemperatur befindet, ist das Ventil somit während der Schubabschaltung in einer ungefähr vollständig geschlossenen Position festgelegt. Dadurch wird verhindert, dass Frischluft durch den Motor gepumpt wird, wodurch ansonsten der Katalysator weiter gekühlt werden würde. Wenn die Temperatur des Katalysators T_kat jedoch bei oder nahe seiner zulässigen Maximalbetriebstemperatur liegt, sind Wärmeverluste wünschenswert, um den Katalysator zu kühlen. Dazu wird das Ventil in einer ungefähr vollständig geöffneten Position festgelegt, so dass die sich ergebende Pumpwirkung des Motors die schnellstmögliche Kühlung des Katalysators mit Frischluft bei Schubabschaltung bewirkt. Nachdem die Katalysatortemperatur auf diese Weise vermindert worden ist, wird der Hubsollwert wieder auf Null zurückgestellt, sobald die Katalysatortemperatur unter die Mindestwirkbetriebstemperatur fällt, wenn die Schubabschaltung noch aktiv ist.
Das Umschalten von dem ersten vorbestimmten Hubsollwert P₀ (der einem ungefähr vollständig geschlossenen Ventil entspricht) auf den zweiten vorbestimmten Hubsollwert (P_F) (der einem ungefähr vollständig geöffneten Ventil entspricht) gemäß der Temperatur des Katalysators T_kat wird in 3 gezeigt. Wie dargestellt, entspricht die zweite vorbestimmte Temperatur T₂ dem Punkt, an dem der Hubsollwert P_Hub von P₀ auf P_F umschaltet, und die erste vorbestimmte Temperatur T₁ entspricht dem Punkt, an dem der Hubsollwert P_Hub von P_F auf P₀ umschaltet. Da T₂ größer ist als T₁, gibt es eine Hysteresewirkung, wodurch schnelle Umschalt-Übergangszustände aufgrund von Messrauschen oder dergleichen verhindert werden.
Die Temperatur des Katalysators T_kat kann über einen geeigneten in oder an dem Katalysator angeordneten Temperatursensor ermittelt werden, lässt sich aber auch unter Verwendung eines gleichzeitig im Rechner ausgeführten Katalysatortemperaturmodells berechnen. Das Temperaturmodell berechnet die Temperatur des Katalysators T_kat auf Grundlage von Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast, Zündwinkel und Krümmerlufttemperatur.
Wenn der Motor neben dem Einlassventilsteuersystem auch ein geeignetes Auslassventilsteuersystem besitzt, können sich die wie oben beschrieben zu definierenden Hubsollwerte als Alternative auf die Auslassventile beziehen.

Claims

Verfahren zur Regelung der Wärmeverluste eines Katalysators bei Schubabschaltung in einer Brennkraftmaschine mit einem Ventil (5) und einem Ventilstellglied (5a), das einen verstellbaren Hubsollwert (P_Hub) aufweist, und einem Katalysator (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsollwert als eine Funktion der Temperatur des Katalysators festgelegt ist, dass das Ventil (5) ein Einlassventil oder ein Auslassventil ist und dass das Ventilstellglied (5a) ein Einlassventilstellglied oder ein Auslassventilstellglied ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsollwert (P_Hub) so festgelegt ist, dass er gleich einem ersten vorbestimmten Sollwert (P₀) ist, wenn die Temperatur des Katalysators unter einer ersten vorbestimmten Temperatur (T₁) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsollwert (P_Hub) so festgelegt ist, dass er gleich einem zweiten vorbestimmten Sollwert (P_F) ist, wenn die Temperatur des Katalysators (T_kat) höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur (T₂) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsollwert (P_Hub) so festgelegt ist, dass er gleich einem ersten vorbestimmten Hubsollwert (P₀) ist, wenn die Temperatur des Katalysators (T_kat) niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur (T₁) ist, und der Hubsollwert (P_Hub) so festgelegt ist, dass er gleich einem zweiten vorbestimmten Hubsollwert (P_F) ist, wenn die Temperatur des Katalysators (T_kat) höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur (T₂) ist, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur (T₂) höher als die oder gleich der erste(n) vorbestimmte(n) Temperatur (T₁) ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorbestimmte Sollwert (P₀) einem geschlossenen oder fast geschlossenen Ventil und/oder der zweite vorbestimmte Sollwert (P_F) einem vollen oder nahezu vollen Ventilhub entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorbestimmte Temperatur (T₁) als eine Funktion einer Katalysatormindestbetriebstemperatur und/oder die zweite vorbestimmte Temperatur (T₂) als eine Funktion einer zulässigen Maximalbetriebstemperatur (T_max) festgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Katalysators (T_kat) gemäß einem Katalysatortemperaturmodell berechnet wird.