EP1315890A1 - Verfahren zur aufheizung von katalysatoren im abgas von verbrennungsmotoren - Google Patents

Verfahren zur aufheizung von katalysatoren im abgas von verbrennungsmotoren

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EP1315890A1
EP1315890A1 EP01967014A EP01967014A EP1315890A1 EP 1315890 A1 EP1315890 A1 EP 1315890A1 EP 01967014 A EP01967014 A EP 01967014A EP 01967014 A EP01967014 A EP 01967014A EP 1315890 A1 EP1315890 A1 EP 1315890A1
Authority
EP
European Patent Office
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heating
exhaust gas
measure
internal combustion
operating mode
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01967014A
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English (en)
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Inventor
Jens Wagner
Andreas Roth
Holger Bellmann
Detlef Heinrich
Klaus Winkler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • Catalysts in the exhaust gas of internal combustion engines require a certain minimum temperature (light off temperature) in order to develop their pollutant-converting effect. This should be achieved as quickly as possible after a cold start.
  • engines that are operated with a lean fuel / air mixture for example in engines with gasoline direct injection and nitrogen oxide storage catalytic converter, further and sometimes changing demands on the catalytic converter temperature result, for example, from a necessary desulfurization of the storage catalytic converter during driving operation. Desulfation, for example, temporarily requires a higher catalyst temperature than is required for storing the nitrogen oxides in normal operation.
  • the engine In shift operation, the engine is operated with a strongly stratified cylinder charge and a large excess of air in order to achieve the lowest possible fuel consumption.
  • the stratified charge is achieved by means of a late fuel injection, which ideally leads to the combustion chamber being divided into two zones: the first zone contains a combustible air-fuel mixture cloud on the spark plug. It is surrounded by the second zone, the consists of an insulating layer of air and residual gas.
  • the potential for optimizing consumption results from the possibility of operating the engine largely unthrottled while avoiding gas exchange losses. Shift operation is preferred at a comparatively low load.
  • the engine is operated with a homogeneous cylinder charge.
  • the homogeneous cylinder charge results from early fuel injection during the intake process. As a result, there is more time available for mixture formation until combustion.
  • the potential of this operating mode for performance optimization results, for example, from the use of the entire combustion chamber volume for filling with a combustible mixture.
  • an exhaust gas composition can be set that deviates from the stoichiometric exhaust gas composition.
  • the object of the invention is to choose an optimal heating strategy in every operating state. This object is achieved with the features of claim 1.
  • the catalyst according to the invention is heated in the exhaust gas of an internal combustion engine, which can be operated in different operating modes and in which at least one of several heating measures can be selected, so that it is initially estimated for several heating measures whether an individual heating measure provides the desired heating effect can and that it is further estimated whether an individual heating measure with regard to the exhaust gas values and the mode of operation of the internal combustion engine required to carry out the heating measure can be carried out in the current operating state and that the mode of operation in which the requirements can best be met is requested and that at least one possible heating measure is activated depending on the current operating mode.
  • the current operating state is characterized, for example, by values for the catalytic converter temperature, the vehicle speed and the current load.
  • One embodiment is characterized in that, as a measure, the efficiency of the engine combustion deteriorates by changing the ignition angle.
  • Another measure provides that, as a further measure, a post-injection fuel is carried out in an engine with direct gasoline injection after combustion.
  • Another measure provides that the post-injection is combined with shift operation. Another measure provides that the amount of air drawn in by the internal combustion engine is throttled to such an extent that the required heat flow is reached at a required temperature.
  • Another measure provides that an exhaust gas composition that differs from the stoichiometric exhaust gas composition is set for heating a NOx storage catalytic converter in homogeneous operation.
  • the invention also relates to an electronic control device for carrying out the measures and method steps.
  • the different operating modes of the internal combustion engine with gasoline direct injection allow different measures for heating the catalytic converter.
  • the assignment of heating measures and operating modes according to the invention enables the heating strategy to be optimized with a view to the operating state of the vehicle, which is determined, for example, by parameters such as catalytic converter temperature, vehicle speed and torque requirement.
  • the possible heating effects of different catalyst heating measures are advantageously estimated and compared with the heating effect requirement.
  • the heating effect requirement for heating a catalytic converter leads, for example, to physical requirements for the quantity and the temperature of the exhaust gas flow which must be provided by the heating measure.
  • the operating limits for the individual operating modes are also taken into account. This makes it possible to choose an optimal heating strategy in every operating state. All requirements for active heating measures are formulated as heat flow and temperature requirements in the exhaust gas. This means that all requirements can be treated consistently.
  • FIG. 1 shows the technical environment of the invention.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention in the form of a flow chart.
  • the 1 in FIG. 1 represents the combustion chamber of a • cylinder of an internal combustion engine.
  • the inflow of air to the combustion chamber is controlled via an inlet valve 2.
  • the air is sucked in via a suction pipe 3.
  • the amount of intake air can be varied via a throttle valve 4, which is controlled by a control unit 5.
  • the control unit receives signals about the driver's torque request, for example about the position of an accelerator pedal 6, a signal about the engine speed n from a speed sensor 7, a signal about the amount ml of the intake air from an air flow meter 8 and a signal Us about the exhaust gas composition and / or exhaust gas temperature supplied by an exhaust gas sensor 12.
  • Exhaust gas sensor 12 can be, for example, a lambda probe whose Nernst voltage indicates the oxygen content in the exhaust gas and whose internal resistance is used as a measure of the probe, exhaust gas and / or catalyst temperature.
  • the exhaust gas is passed through at least one catalytic converter 15 as part of an exhaust gas system 16, in which pollutants from the exhaust gas are converted and / or temporarily stored.
  • control unit 5 From these and possibly other input signals via further parameters of the internal combustion engine such as intake air and Coolant temperature and so on, the control unit 5 forms output signals for setting the throttle valve angle alpha by an actuator 9 and for controlling a fuel injection valve 10, through which fuel is metered into the combustion chamber of the engine.
  • the control unit also controls the triggering of the ignition via an ignition device 11.
  • the throttle valve angle alpha and the injection pulse width ti are essential, coordinated manipulated variables. to realize the desired torque, the exhaust gas composition and the exhaust gas temperature and thus the catalyst temperature. Another essential control variable for influencing these variables is the angular position of the ignition relative to the piston movement.
  • the determination of the manipulated variables for setting the torque is the subject of DE 1 98 51 990, which is to be included in the disclosure to this extent.
  • control unit controls further functions to achieve efficient combustion of the fuel / air mixture in the combustion chamber, for example exhaust gas recirculation and / or tank ventilation, not shown.
  • the gas force resulting from the combustion is converted into a torque by pistons 13 and crank mechanism 14.
  • the catalytic converter temperature can be measured or modeled from the operating parameters of the engine.
  • the modeling of temperatures in the exhaust tract of internal combustion engines is known, for example, from US Pat. No. 5,590,521.
  • the engine control according to the invention requires minimum temperatures in the Exhaust system. Until these are reached, homogeneous operation with late ignition, for example, is required and stopped as a first measure. Once the necessary temperatures have been reached, post-injection is permitted as a possible alternative. There is a switch to shift operation with post-injection to generate a higher heat flow. The air flow is throttled so far that the required heat flow is achieved at a required temperature.
  • Throttling takes place in a first exemplary embodiment by a controlled closing of the throttle valve by a predetermined angle or to a predetermined opening angle.
  • the throttling is unregulated in this example.
  • the mixture composition should be close to 1 for maximum heat release near lambda. Dynamic driving with changing torque requirements can lead to temporary mixture enrichments with lambda values less than one. This can undesirably worsen the exhaust gas emissions.
  • the post-injection is advantageously regulated with the aid of the existing exhaust gas probe. This can prevent a breakthrough of rich exhaust gas. Breakthrough denotes the occurrence of HC emissions behind the catalyst. As a further advantage, the exothermic energy release is used at a maximum of 1.
  • a fuel quantity required for post-injection with the maximum possible throttling is determined on the basis of the heating requirement.
  • the air requirement for post-injection and the temperature increase caused by throttling is taken into account. The latter is particularly important in order to prevent overheating of components in the exhaust system.
  • throttling can be controlled via the measured exhaust gas lambda.
  • Fig. 2 shows an embodiment in the form of a flow chart.
  • step 2.1 it is checked whether there is a request for a catalyst heating measure. If this is the case, in step 2.2 there is an estimate for at least one heating measure X, whether it can provide the desired heating effect and whether this heating measure with regard to the exhaust gas values and the mode of operation of the internal combustion engine required to carry out the heating measure in the current operating state (exhaust system and /or
  • Catalyst temperature, vehicle speed, current load is allowed.
  • the various heating measures are calculated and evaluated based on physical requirements (heat flow and temperature).
  • the operating limits for the individual operating modes are also taken into account. This makes it possible to choose an optimal heating strategy in every operating state.
  • For each heating measure it is also checked whether it is possible in view of the exhaust gas values and the required operating mode in the current driving state, ie at the current catalytic converter temperature, vehicle speed and load. With this information, the individual heating measures can be evaluated depending on the operating state and a decision made for the best measure.
  • the assessment of a heating measure takes place in a slow time grid for each heating measure when there is a demand.
  • the necessary interventions are only calculated for the activated heating measure in a fast time grid in order to save computing time.
  • the required optimal operating mode is requested in step 2.3.
  • post-injection in shift operation may not be optimal, because the exhaust gas system that is too cold cannot have the necessary after-reaction of the resulting mixture in the exhaust gas.
  • too cold catalysts in the exhaust system cannot support the after-reaction. In this case it would be one
  • Efficiency deterioration due to late ignition is appropriate to increase the exhaust gas temperature. This can preferably be carried out in the operating mode with homogeneous operation. Accordingly, a switchover to homogeneous operation can take place in step 2.3.
  • the selected heating measure is then activated in step 2.4.
  • step 2.1 If, on the other hand, the query in step 2.1 is answered in the negative, no heating measure is requested and any activated heating measures are deactivated.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Aufheizen eines Katalysators (15) im Abgas eines Verbrennungsmotors (1), der in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden kann und bei dem wenigstens eine von mehreren Heizmassnahmen ausgewählt werden kann, so dass zunächst für mehrere Heizmassnahmen abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmassnahme die gewünschte Heizwirkung bereitstellen kann und dass weiter abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmassnahme mit Blick auf die Abgaswerte und die zur Durchführung der Heizmassnahme notwendige Betriebsart des Verbrennungsmotors im aktuellen Betriebszustand durchführbar ist und dass weiter diejenige die Betriebsart angefordert wird, in der die Anforderungen am besten erfüllt werden können und dass abhängig von der aktuellen Betriebsart jeweils wenigstens eine mögliche Heizmassnahme aktiviert wird. Die Erfindung richtet sich weiter auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zur Aufheizung von Katalysatoren im Abgas von Verbrennungsmotoren
Katalysatoren im Abgas von Verbrennungsmotoren benötigen eine bestimmte Mindesttemperatur (Light off temperature) , um ihre Schadstoffkonvertierende Wirkung zu entfalten. Diese soll nach einem Kaltstart möglichst schnell erreicht werden. Bei Motoren, die mit magerem Kraftstoff/Luftgemisch betrieben werden, beispielsweise bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung und Stickoxidspeicherkatalysator ergeben sich weitere und zum Teil wechselnde Anforderungen an die Katalysatortemperatur beispielsweise aus einer notwendigen Desulfatisierung des Speicherkatalysators während des Fahrbetriebs. Eine Desulfatisierung erfordert beispielsweise vorübergehend eine höhere Katalysatortemperatur als im Normalbetrieb für die Speicherung der Stickoxide erforderlich ist.
Es sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Aufheizung von Katalysatoren bekannt. Beispielsweise kann die motorische Verbrennung mit so fettem Gemisch erfolgen, dass das Abgas noch unverbrannten Kraftstoff enthält. Die Zufuhr von Sekundärluft zum Abgas läßt ein reaktionsfähiges Gemisch entstehen, das den Katalysator durch eine exotherme Reaktion aufheizt. Weiterhin kann die motorische Verbrennung mit so magerem Gemisch erfolgen, dass das Abgas noch unverbrauchten Sauerstoff enthält. In diesem Fall kann ein reaktionsfähiges Gemisch durch die Zufuhr von Kraftstoff zum Abgas erzeugt werden.
Es ist weiterhin bekannt, den Katalysator durch die Folgen einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der motorischen Verbrennung aufzuheizen. Eine. irkungsgradverschlechterung der motorischen Verbrennung kann beispielsweise durch eine Abweichung des Zündzeitpunktes vom optimalen Zeitpunkt herbeigeführt werden, wobei der optimale Zeitpunkt durch den maximalen Wirkungsgrad definiert wird. Durch die Wirkungsgradeinbuße ist das Abgas heißer im Vergleich zum Betrieb ohne Wirkungsgradeinbußen. Es entfaltet daher eine verstärkte Heizwirkung im Katalysator.
Bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung erlauben unterschiedliche Betriebsarten des Motors unterschiedliche Maßnahmen zur Heizung des Katalysators.
Aus der DE 198 50 586 ist ein Motorsteuerungsprogramm bekannt, das die Umschaltung zwischen Schichtbetrieb und Homogenbetrieb steuert.
Im Schichtbetrieb wird der Motor mit einer stark geschichteten Zylinderladung und hohem Luftüberschuß betrieben, um einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Die geschichtete Ladung wird durch eine späte Kraftstoffeinspritzung erreicht, die im Idealfall zur Aufteilung des Brennraums in zwei Zonen führt: Die erste Zone enthält eine brennfähige Luft-Kraftstoff-Gemischwolke an der Zündkerze. Sie wird von der zweiten Zone umgeben, die aus einer isolierenden Schicht aus Luft und Restgas besteht. Das Potential zur Verbrauchsoptimierung ergibt sich aus der Möglichkeit, den Motor unter Vermeidung von Ladungswechselverlusten weitgehend ungedrosselt zu betreiben. Der Schichtbetrieb wird bei vergleichsweise niedriger Last bevorzugt.
Bei höherer Last, wenn die Leistungsoptimierung im Vordergrund steht, wird der Motor mit homogener Zylinderfüllung betrieben. Die homogene Zylinderfüllung ergibt sich aus einer frühen Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugvorganges. Als Folge steht bis zur Verbrennung eine größere Zeit zur Gemischbildung zur Verfügung. Das Potential dieser Betriebsart zur Leistungsoptimierung ergibt sich zum Beispiel aus der Ausnutzung des gesamten Brennraumvolumens zur Füllung mit brennfähigem Gemisch.
Zur Aufheizung eines NOx-Speicherkatalysators im Homogenbetrieb kann eine Abgaszusammensetzung eingestellt werden, die von der stöchiometrischen AbgasZusammensetzung abweicht.
Bei Benzindirekteinspritzmotoren besteht weiter die Möglichkeit, beim Betrieb mit Luftüberschuß, also vorzugsweise im Schichtbetrieb, gezielt Kraftstoff in den Zylinder nach der motorischen Verbrennung im Expansionstakt einzuspritzen. Hier reagiert der nacheingespritzte Kraftstoff mit dem Luftüberschuß der motorischen Verbrennung teilweise schon im Brennraum und teilweise im Abgassystem. Die bei der exothermen Reaktion freiwerdende Wärme heizt den Katalysator auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in jedem Betriebszustand eine optimale Heizstrategie zu wählen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Im einzelnen erfolgt das erfindungsgemäße Aufheizen eines Katalysators im Abgas eines Verbrennungsmotors, der in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden kann und bei dem wenigstens eine von mehreren Heizmaßnahmen ausgewählt werden kann, so, dass zunächst für mehrere Heizmaßnahmen abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmaßnahme die gewünschte Heizwirkung bereitstellen kann und dass weiter abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmaßnahme mit Blick auf die Abgaswerte und die zur Durchführung der Heizmaßnahme notwendige Betriebsart des Verbrennungsmotors im aktuellen Betriebszustand durchführbar ist und dass weiter diejenige die Betriebsart angefordert wird, in der die Anforderungen am besten erfüllt werden können und dass abhängig von der aktuellen Betriebsart jeweils wenigstens eine mögliche Heizmaßnahme aktiviert wird. Dabei wird der aktuelle Betriebszustand beispielsweise durch Werte für die Katalysatortemperatur, die FahrZeuggeschwindigkeit und die aktuelle Last charakterisiert.
Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als eine Maßnahme eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der motorischen Verbrennung über eine Änderung des Zündwinkels erfolgt.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass als eine weitere Maßnahme bei einem Motor mit Benzindirekteinspritzung nach der Verbrennung eine Kraftstoff-Nacheinspritzung erfolgt.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass die Nacheinspritzung mit Schichtbetrieb kombiniert wird. Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass die von dem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge soweit gedrosselt wird, dass der benötigte Wärmestrom bei einer geforderten Temperatur erreicht wird.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass für die Aufheizung eines NOx-Speicherkatalysators im Homogenbetrieb eine Abgaszusammensetzung eingestellt wird, die von der stöchiometrischen AbgasZusammensetzung abweicht.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Maßnahmem und Verfahrensschritte .
Die verschiedenen Betriebsarten des Verbrennungsmotors mit Benzindirekteinspritzung erlauben unterschiedliche Maßnahmen zur Heizung des Katalysators. Die erfindungsgemäße Zuordnung von Heizmaßnahmen und Betriebsarten ermöglicht eine Optimierung der Heizstrategie mit Blick auf den Betriebszustand des Fahrzeugs, der beispielsweise von Parametern wie Katalysatortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit und 'Drehmomentbedarf bestimmt wird.
Vorteilhafterweise werden die möglichen Heizwirkungen verschiedener Katalysatorheizmäßnahmen abgeschätzt und mit dem Heizwirkungsbedarf verglichen. Der Heizwirkungsbedarf zur Aufheizung eines Katalysators führt beispielsweise zu physikalischen Anforderungen an die Menge und die Temperatur des Abgasstroms, der durch die Heizmaßnahme bereitgestellt werden muß .
Weiterhin werden die Betriebsgrenzen für die einzelnen Betriebsarten berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, in jedem Betriebszustand eine optimale Heizstrategie zu wählen. Alle Anforderungen für aktive Heizmaßnahmen werden als Wärmestrom- und Temperaturanforderungen im Abgas formuliert. Dadurch können alle Anforderungen einheitlich behandelt werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Blick auf die Figur erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 das technische Umfeld der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Flußdiagramms .
Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert den Brennraum eines • Zylinders eines Verbrennungsmotors. Ober ein Einlaßventil 2 wird der Zustrom von Luft zum Brennraum gesteuert. Die Luft wird über ein Saugrohr 3 angesaugt. Die Ansaugluftmenge kann über eine Drosselklappe 4 variiert werden, die von einem Steuergerät 5 angesteuert wird. Dem Steuergerät werden Signale über den Drehmomentwunsch des Fahrers, bspw. über die Stellung eines Fahrpedals 6, ein Signal über die Motordrehzahl n von einem Drehzahlgeber 7, ein Signal über die Menge ml der angesaugten Luft von einem Luftmengenmesser 8 und ein Signal Us über die Abgaszusammensetzung und/oder Abgastemperatur von einem Abgassensor 12 zugeführt. Abgassensor 12 kann beispielsweise eine Lambdasonde sein, deren Nernstspannung den Sauerstoffgehalt im Abgas angibt und deren Innenwiderstand als Maß für die Sonden-, Abgas- und/oder Katalysator-Temperatur herangezogen wird. Das Abgas wird durch wenigstens einen Katalysator 15 als Teil eines Abgassystems 16 geführt, in dem Schadstoffe aus dem Abgas konvertiert und/oder vorübergehend gespeichert werden.
Aus diesen und ggf. weiteren Eingangssignalen über weitere Parameter des Verbrennungsmotors wie Ansaugluft- und Kühlmitteltemperatur und so weiter bildet das Steuergerät 5 Ausgangssignale zur Einstellung des Drosselklappenwinkels alpha durch ein Stellglied 9 und zur Ansteuerung eines Kraftstoffeinspritzventils 10, durch das Kraftstoff in den Brennraum des Motors dosiert wird. Außerdem wird durch das Steuergerät die Auslösung der Zündung über eine Zündeinrichtung 11 gesteuert.
Der Drosselklappenwinkel alpha und die Einspritzimpulsbreite ti sind wesentliche, aufeinander abzustimmende Stellgrößen . zur Realisierung des gewünschten Drehmomentes, der Abgaszusammensetzung und der Abgastemperatur und damit der Katalysatortemperatur. Eine weitere wesentliche Stellgröße zur Beeinflussung dieser Größen ist Winkellage der Zündung relativ zur Kolbenbewegung. Die Bestimmung der Stellgrößen zur Einstellung des Drehmomentes ist Gegenstand der DE 1 98 51 990, die insoweit in die Offenbarung einbezogen sein soll .
Weiterhin steuert das Steuergerät weitere Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches im Brennraum, beispielsweise eine nicht dargestellte Abgasrückführung und/oder Tankentlüftung. Die aus der Verbrennung resultierende Gaskraft wird durch Kolben 13 und Kurbeltrieb 14 in ein Drehmoment gewandelt.
In diesem technischen Umfeld kann die Katalysatortemperatur gemessen werden oder aus Betriebsgrößen des Motors modelliert werden. Die Modellierung von Temperaturen im Abgastrakt von Verbrennungsmotoren ist beispielsweise aus der US 5 590 521 bekannt.
Für das Heizen mittels Nacheinspritzung fordert die erfindungsgemäße Motorsteuerung Mindesttemperaturen im Abgassystem. Bis diese erreicht sind, wird beispielsweise als erste Maßnahme Homogenbetrieb mit später Zündung gefordert und eingestellt. Sind die notwendigen Temperaturen erreicht, wird die Nacheinspritzung als mögliche Alternative erlaubt. Es erfolgt die Umschaltung auf Schichtbetrieb mit Nacheinspritzung um einen höheren Wärmestrom zu erzeugen. Dabei wird der Luftstrom soweit gedrosselt, dass der benötigte Wärmestrom bei einer geforderten Temperatur erreicht wird.
Die Androsselung erfolgt in einem ersten Ausführungsbeispiel durch ein gesteuertes Schließen der Drosselklappe um einen vorbestimmten Winkel oder auf einen vorbestimmten Öffnungswinkel. Mit anderen Worten: Die Androsselung erfolgt in diesem Beispiel ungeregelt. Die Gemischzusammensetzung sollte für eine maximale Wärmefreisetzung nahe bei Lambda gleich 1 sein. Durch dynamischen Fahrbetrieb mit wechselnden Drehmomentanforderungen kann es zu vorübergehenden Gemischanreicherungen zu Lambdawerten kleiner als Eins kommen. Dadurch können die Abgasemissionen in unerwünschter Weise verschlechtert werden.
Zur Vermeidung einer Abgasverschlechterung wird die Nacheinspritzung vorteilhafterweise mit Hilfe der vorhandenen Abgassonde geregelt. Dadurch kann ein Durchbruch von fettem Abgas verhindert werden. Dabei bezeichnet Durchbruch das Auftreten von HC-Emissionen hinter dem Katalystor. Als weiterer Vorteil wird die exotherme Energiefreisetzung bei Lambda gleich 1 maximal genutzt.
Im einzelnen wird aufgrund der Heizanforderung eine notwendige Kraftstoffmenge zur Nacheinspritzung bei maximal möglicher Androsselung ermittelt. Dabei muß neben der Heizanforderung auch der Luftbedarf der Nacheinspritzung und die Temperaturerhöhung durch die Androsselung berücksichtigt werden. Letzteres ist insbesondere wichtig, um Überhitzungen von Bauteilen im Abgastrakt zu verhindern.
Alternativ zur Regelung der nacheingespritzten Kraftstoffmenge über das gemessene Abgaslambda kann die Androsselung über das gemessene Abgaslambda geregelt werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel in Form eines Flußdiagramms .
Im Schritt 2.1 wird überprüft, ob eine Anforderung für eine Katalysatorheizmaßnahme vorliegt. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 2.2 eine Abschätzung für wenigstens eine Heizmaßnahme X, ob diese die gewünschte Heizwirkung bereitstellen kann und ob diese Heizmaßnahme mit Blick auf die Abgaswerte und die zur Durchführung der Heizmaßnahme notwendige Betriebsart des Verbrennungsmotors im aktuellen Betriebszustand (Abgassystem- und/oder
Katalysatortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, aktuelle Last) erlaubt ist.
Dabei werden die verschiedenen Heizmaßnahmen aufgrund physikalischer Anforderungen (Wärmestrom und Temperatur) berechnet und bewertet. Weiterhin werden die Betriebsgrenzen für die einzelen Betriebsarten berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, in jedem Betriebszustand eine optimale Heizstrategie zu wählen. Weiter wird für jede Heizmaßnahme geprüft, ob sie mit Blick auf die Abgaswerte und die erforderliche Betriebsart im aktuellen Fahrzustand, d.h. bei aktueller Katalysatortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit und Last möglich ist. Mit dieser Information können die einzelnen Heizmaßnahmen abhängig vom Betriebszustand bewertet und eine Entscheidung für die beste Maßnahme getroffen werden. Die Beurteilung einer Heizmaßnahme erfolgt bei anliegender Forderung in einem langsamen Zeitraster für jede Heizmaßnahme. Nur für die aktivierte Heizmaßnahme werden die notwendigen Eingriffe in einem schnellen Zeitraster berechnet um Rechenzeit zu sparen.
Gegebenenfalls erfolgt im Schritt 2.3 die Anforderung der erforderlichen optimalen Betriebsart. So kann beispielsweise bei noch kaltem Abgassystem eine Nacheinspritzung im Schichtbetrieb nicht optimal sein, weil in einem zu kalten Abgassystem die notwendige Nachreaktion des resultierenden Gemisches im Abgas nicht erfolgen kann. Insbesondere können zu kalte Katalysatoren im Abgassystem die Nachreaktion nicht unterstützen. In diesem Fall wäre eine
Wirkungsgradverschlechterung durch Spätzündung zur Erhöhung der Abgastemperatur angebracht. Diese kann bevorzugt in der Betriebsart mit Homogenbetrieb durchgeführt werden. Entsprechend kann hier im Schritt 2.3 eine Umschaltung in den Homogenbetrieb erfolgen.
Anschließend erfolgt im Schritt 2.4 die Aktivierung der ausgewählten Heizmaßnahme.
Wird dagegen die Abfrage im Schritt 2.1 verneint, erfolgt keine Anforderung einer Heizmaßnahme und eventuell aktivierte Heizmaßnahmen werden deaktiviert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Aufheizung eines Katalysators im Abgas eines Verbrennungsmotors,
- der in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden kann und
- bei dem wenigstens eine von mehreren Heizmaßnahmen ausgewählt werden kann
- wobei für mehrere Heizmaßnahmen abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmaßnahme die gewünschte Heizwirkung bereitstellen kann
- und wobei abgeschätzt wird, ob eine individuelle Heizmaßnahme mit Blick auf die Abgaswerte und die zur Durchführung der Heizmaßnahme notwendige Betriebsart des Verbrennungsmotors im aktuellen Betriebszustand
(Temperaturen im Abgassystem, Fahrzeuggeschwindigkeit, aktuelle Last) durchführbar ist
- und wobei die Betriebsart angefordert wird, in der die Anforderungen am besten erfüllt werden können
- und wobei abhängig von der aktuellen Betriebsart jeweils wenigstens eine mögliche Heizmaßnahme aktiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maßnahme eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der motorischen Verbrennung über eine Änderung des Zündwinkels erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine weitere Maßnahme bei einem Motor mit Benzindirekteinspritzung nach der Verbrennung eine Kraftstoff-Nacheinspritzung erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung mit Schichtbetrieb kombiniert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmenge soweit gedrosselt wird, dass der benötigte Wärmestrom bei einer geforderten Temperatur erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufheizung eines NOx-Speicherkatalysators im Homogenbetrieb eine AbgasZusammensetzung eingestellt wird, die von der stöchiometrischen AbgasZusammensetzung abweicht .
7. Elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 6.
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