WO2002027172A1 - Verfahren zur temperaturabhängigen schubabschaltung - Google Patents

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WO2002027172A1
WO2002027172A1 PCT/EP2001/009486 EP0109486W WO0227172A1 WO 2002027172 A1 WO2002027172 A1 WO 2002027172A1 EP 0109486 W EP0109486 W EP 0109486W WO 0227172 A1 WO0227172 A1 WO 0227172A1
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combustion engine
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exhaust gas
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Rolf BRÜCK
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures

Definitions

  • the invention relates to a method for the fuel cut-off of a Nerbrermungskra hnaschine according to the preamble of claim 1.
  • the fuel cut-off is used in particular in the context of a fuel-saving mode of operation of engines in automotive engineering.
  • Thrust cut-off means the cut-off of the fuel supply when the engine is in overrun mode. This condition occurs, for example, when the engine brake is used to reduce the speed or the engine is operated at less than 500 revolutions per minute (speed). Switching off the fuel supply accordingly leads to a reduction in the fuel consumed by the engine.
  • a method is known from US Pat. No. 5,941,211 relating to fuel injection in gasoline engines with direct injection and overrun fuel cutoff.
  • the method proposes to first determine the operating state of the engine and, if necessary, to interrupt the continuous fuel supply during a specific operating state of the engine. Furthermore, the operating state of a catalytic converter integrated in an exhaust system is then to be determined, an intermittent fuel supply to the engine being to be ensured so that the intermittently supplied fuel is converted in the catalytic converter. Excess oxygen stored in the catalyst is to be reduced in this way. This oxygen would hinder an effective conversion of nitrogen oxides in the exhaust gas for a short time if the fuel was re-introduced. The proposed method is therefore intended to reduce the nitrogen oxide emission when the fuel supply is restarted after the fuel cut-off.
  • overrun fuel cutoff is activated due to different start mechanisms.
  • Such starting mechanisms monitor, for example, the current operating state of the power plant, the position of the gas or brake pedal or the lighting of the brake light.
  • the overrun fuel cutoff is activated and the fuel supply is interrupted as a function of the detected values and predetermined limit values of the specific parameters.
  • Such catalytic converters used in particular close to the engine, have a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. in normal operation. If the internal combustion engine is operated with an increased load, such as, for example, when a car is traveling at high speed, temperatures of up to 900 ° C or 1000 ° C are even reached in the catalytic converter. If a fuel cut-off takes place from such a state in accordance with the known methods, the subsequently evaporated or intermittently amounts of fuel led to an exothermic catalytic reaction on the surface of the catalytic converter. Due to this exothermic process, the temperature of the catalytic converter increases immediately after the fuel cut-off by approx. 200 ° C, which can damage the catalytically active coating and thus also lead to a very limited service life of the catalytic converter.
  • the object of the present invention is to specify a method, the disadvantages mentioned above being avoided in the overrun fuel cutoff.
  • the service life of a catalytically active catalytic converter in an exhaust gas system downstream of the combustion engine is to be increased by preventing a temperature rise which limits the service life directly after a fuel cut-off.
  • the method for overrun fuel cutoff relates to an internal combustion engine with an exhaust system, which has at least one component for cleaning an exhaust gas generated at the combustion machine. It is proposed that an overrun cut-off in the push mode of the combustion engine is only activated as a function of the temperature of the exhaust gas and or of the at least one component.
  • a fuel cut-off was initiated in accordance with known methods at the time (initiation time) in which the squeezing machine switches to push operation.
  • the load behavior of the internal combustion engine, the position of the gas or brake pedal of a car and / or a signal from a brake light switch are used in particular to identify the point in time. Further characteristics of the internal combustion engine, such as for example, the speed, the torque or the position of the throttle valve is determined.
  • the overrun fuel cutoff is only activated as a function of the temperature of the exhaust gas and / or the at least one component (activation time). This means that, if necessary, the pushing operation of the internal combustion engine with fuel supply is maintained until the exhaust gas and / or the at least one component have reached a predefinable limit temperature or a predefinable temperature range. If the exhaust gas and / or the component already have a temperature at the time of initiation that is not critical, an immediate fuel cut-off can be activated.
  • the activation of a fuel cut-off from a high load of an internal combustion engine is shown as an example below.
  • the internal combustion engine is an engine of a passenger vehicle that has been operated in the high-performance range for a certain period of time.
  • the operator of the car now takes his foot off the accelerator pedal because, for example, he wants to adapt the speed of the car to an impending speed limit.
  • the engine switches to overrun, which reduces the speed of the car due to the braking effect of the engine.
  • the speed of the engine drops steadily.
  • the transition of the engine to push operation due to the release of the accelerator pedal initiates an overrun cut-off to reduce fuel consumption. Now the temperature of the currently generated exhaust gas or a catalyst located in the exhaust system is determined.
  • the determined temperature lies after a comparison with a preferably stored limit temperature, it is advisable not to activate the interruption of the fuel supply yet. Due to the now longer-lasting push operation, the temperature of the exhaust gas and / or the downstream catalytic converter drops. If the exhaust gas or the catalytic converter has reached the stored limit temperature, the overrun fuel cutoff is activated activated.
  • the temperature peak occurring as a result of the overrun fuel cutoff, which is caused by the subsequent exothermic conversion of vaporized fuel components thus does not reach any temperature ranges which would cause the catalytically active coating to age prematurely.
  • the temperature peak may also show a difference of 200 ° C, but assumes a lower temperature level, since the exhaust gas or the catalyst have cooled even further in push mode.
  • the service life of such a catalyst, in particular used close to the engine, is significantly extended with the method according to the invention.
  • the overrun cutoff from an increased load takes place only at temperatures of the at least one component below 850 ° C., preferably below 750 ° C. This has the consequence, for example, that the push operation with fuel supply is maintained until the at least one component has a temperature which is below the limit temperature mentioned.
  • the temperature peak that occurs after activation of the overrun cut-off thus reaches a maximum value of approx. 1000 ° C.
  • a brief increase in temperature up to this range has no negative effect on the aging of a catalytic coating of the component for cleaning the exhaust gas.
  • the at least one component is a catalytic converter for the catalytic conversion of pollutants in the exhaust gas, which preferably has at least one sensor, it is particularly advantageous to record the temperature in a partial area of the catalytic converter in which 75% to 90% of the pollutants are converted .
  • Such catalysts essentially have a honeycomb-shaped carrier body which has a large surface area which is provided with a catalytically active coating.
  • the carrier body can be made of ceramic or metallic material.
  • the section in which 75% to 90% of the pollutants are converted is located near the front of the catalytic converter through which the exhaust gas to be cleaned enters. In this section, due to the ca talytic surface of the catalytic converter in connection with the mostly still very high temperatures of the exhaust gas the greatest possible conversion of the pollutants.
  • this sub-area is particularly at risk from the temperature peaks due to subsequent exothermic reactions. A measurement in this sub-area thus ensures that it has cooled down to such an extent that a critical temperature increase is avoided.
  • the overrun fuel cutoff in time. This is particularly advantageous if the temperature is not determined over the entire length of such a component for cleaning the exhaust gas.
  • the component is cooled via the end face through which the exhaust gas to be cleaned enters.
  • the temperature profile over the length of the component during cooling. If only a partial determination of the temperature of the component is carried out, it is possible that a temperature at the measuring point below the specified limit temperature is determined, with adjacent areas of the component having a significantly higher temperature, which may be above the limit temperature.
  • a fuel cut-off and the associated exothermic conversion of the vaporized fuel could lead to very high thermal stress on the component for cleaning the exhaust gas.
  • This can be prevented by the proposed time delay, since this is preferably dimensioned such that it is adapted to the cooling behavior of the component and, depending on the temperature determined, ensures sufficient and continuous cooling over the entire length of the component.
  • the mass flow of the exhaust gas has a cooling effect on the component when it flows through it, and can be continuously detected, for example, by means of a sensor.
  • the heat capacity The at least one component can, for example, be stored in a higher-level information unit and essentially characterizes the cooling behavior of the component. With the help of the information about the instantaneous exhaust gas mass flow and the heat capacity of the at least one component, the cooling by the exhaust gas and the corresponding cooling behavior of the component can be adequately described and a corresponding time delay of the fuel cutoff can be determined.
  • the time delay before the overrun fuel cutoff is determined with an engine control of the internal combustion engine.
  • the engine control monitors, regulates and / or controls a wide variety of processes and processes of the internal combustion engine.
  • the motor controller is provided with a large amount of information, which can be recorded continuously or intermittently, for example with sensors, and stored in a database.
  • a conventional engine control system comprises a type of computing unit which is capable of processing incoming information, calculating or comparing values.
  • the determination of the time delay of the overrun fuel cutoff can be determined in a particularly simple manner by elements of the engine control.
  • the engine control usually switches off the fuel, so that the overrun fuel cutoff can be activated immediately if necessary. This avoids unnecessary fuel consumption due to communication from different systems (engine control with external control).
  • FIG. 1 schematically shows the structure of an internal combustion engine suitable for the method according to the invention and Fig. 2 shows schematically the temperature profile in a downstream ' catalytic converter with overrun fuel cutoff.
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 with an exhaust system 2 for cleaning an exhaust gas generated in the internal combustion engine 1, which flows through the exhaust system 2 in a flow direction 19.
  • the exhaust system 2 has a pre-catalytic converter 3 and a main catalytic converter 4.
  • the pre-catalytic converter 3 is designed, for example, to be electrically heatable in order to improve the light-off behavior of the pre-catalytic converter 3 and the main catalytic converter 4.
  • the internal combustion engine 1 is controlled by means of an engine control 9. This in turn is connected to a Schubabsch tungsvorrichrung 7, which, if necessary, ensures the interruption of the fuel supply in the push mode of the engine 1.
  • the overrun fuel cutoff device 7 is connected to means for determining the temperature of the exhaust gas and the pre-catalyst 3.
  • the temperature of the exhaust gas is detected here with a gas sensor 5.
  • the temperature of the pre-catalyst 3 is determined with the aid of a thermocouple 6, the temperature being recorded in a partial area 18 in which 75% to 90% of the pollutants are converted.
  • a time delay of the overrun fuel cutoff is possible with a suitable delay element 8, which can measure the duration of the time delay with data about the heat capacity of the pre-catalytic converter 3 and / or the main catalytic converter 4 and the instantaneous exhaust gas mass flow in such a way that a " predeterminable cooled state the catalysts 3 and 4 is guaranteed.
  • fuel cut-off device 7 first checks the temperature of the exhaust gas and pre-catalytic converter 3. Depending on the temperature detected, fuel cut-off is activated if necessary, if the temperature determined is below one in the engine control 9 or the fuel cut-off device 7 stored limit temperature. The actual interruption of the fuel supply can also be delayed by the delay element 8.
  • FIG. 2 schematically shows the speed curve of the internal combustion engine 1 and the temperature curve in the case of a conventional overrun cutoff and in the case of a overrun cutoff in accordance with the method according to the invention.
  • the speed curve 12 shows that the internal combustion engine 1 was initially operated with a high constant load.
  • the operator of the internal combustion engine 1 releases the accelerator pedal, as a result of which the speed of the internal combustion engine 1 is subsequently significantly reduced. If the operator has reached the desired speed, for example, the combustion engine 1 is operated with a lower load.
  • the first temperature curve 10 shows the temperature profile in the pre-catalytic converter 3 in accordance with the known methods for overrun fuel cutoff.
  • the fuel supply is immediately cut off at initiation time 14. Due to the high temperatures in the internal combustion engine, residual components of the fuel evaporate and cause an exothermic catalytic reaction when they strike the pre-catalyst 3. -This leads to a short-term first peak 16. If one assumes here that the combustion engine 1 has already been operated with high load and the pre-catalyst 3 has already been very hot, this first peak 16 can lead to premature catalytic aging lead active coating. If the remaining constituents of the fuel are converted catalytically, the cooling process of the pre-catalytic converter 3 begins, which ultimately ends at a lower temperature level corresponding to the lower load of the combustion engine 1.
  • the second temperature curve 11 shows the temperature profile of the pre-catalyst 3 in the method according to the invention for overrun fuel cutoff.
  • time 14 of the overrun fuel cutoff is first determined with the help of the thermocouple 6, the temperature of the pre-catalyst 3.
  • this is clearly above the predetermined limit temperature 15. Accordingly, the fuel supply is maintained until the pre-catalyst 3 has cooled down to such an extent that it has reached a temperature below the limit temperature 15 due to the pushing operation of the internal combustion engine 1.
  • the point in time when the temperature falls below the limit temperature is the activation time 13 at which the overrun fuel cutoff is activated with the aid of the overrun fuel cutoff device 7.
  • the method according to the invention for the fuel cut-off of an internal combustion engine only activates a fuel cut-off as a function of the temperature of the exhaust gas and / or the at least one component of the exhaust system. Overheating of the catalytic converters due to exothermic reactions of residual components of the fuel with the catalytically active surface occurring after the overrun cut-off is avoided.
  • the method proposed here is particularly suitable for retrofitting or implementation in already known strategies, since, for example, integration in known engine control systems is particularly useful is simple. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Verfahren zur Schubabschaltung einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2), welches wenigstens eine Komponente (3, 4) zur Reinigung eines von der Verbrennungskraftmaschine (1) erzeugten Abgases aufweist, bei dem eine Schubabschaltung im Schiebebetrieb der Verbrennungskraftmaschine (1) erst in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases und/oder der wenigstens einen Komponente (3, 4) aktiviert wird. Auf diese Weise wird eine Überhitzung der wenigstens einen Komponente verhindert und eine Reduzierung der Schadstoffemission über einen langen Zeitraum gewährleistet.

Description

Verfahren zur temperaturabhängigen Schubabschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schubabschaltung einer Ner- brermungskra hnaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Schubabschaltung wird insbesondere im Rahmen einer kraftstoffsparenden Betriebsweise von Motoren im Automobilbau eingesetzt.
Mit Schubabschaltung wird die Abschaltung der Krafstoffzufuhr bezeichnet, wenn sich der Motor im Schiebebetrieb befindet. Dieser Zustand tritt beispielsweise dann auf, wenn die Motorbremse zum Verringern der Geschwindigkeit einsetzt oder der Motor mit weniger als 500 Umdrehungen pro Minute (Drehzahl) betrieben wird. Die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr führt demnach zu einer Re- duzierung des von dem Motor verbrauchten Kraftstoffs.
Aus der US 5,941,211 ist ein Verfahren betreffend die Kraftstoffeinspritzung bei Ottomotoren mit Direktemspritzung und Schubabschaltung bekannt. Das Verfahren schlägt vor, zuerst den Betriebszustand des Motors zu ermitteln und gegebe- nenfalls die kontinuierliche Kraftstoffzufuhr während eines bestimmten Betriebszustandes des Motors zu unterbrechen. Weiterhin soll anschließend der Betriebszustand eines in einer Abgasanlage fntegrierteh Katalysators ermittelt werden, wobei eine intermittierende Kraftstoffa^fuhr zu dem Motor zu gewährleistet sein soll, so daß der intermittierend zugeführte Kraftstoff in dem Katalysator umge- setzt wird. Derart soll in dem Katalysator gespeicherter überschüssiger Sauerstoff reduziert werden. Dieser Sauerstoff würde eine effektive Umsetzung von im Abgas befindlichen Stickoxiden bei erneuter Kxaftstoffzxifuhr kurzzeitig behindern. Durch das vorgeschlagene Verfahren soll demnach die Stickoxid-Emission bei wiedereinsetzender Kraftstoffzufuhr nach der Schubabschaltung reduziert werden.
Ein weiteres Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr im Rahmen einer Schubabschaltung ist in der DE 199 52 037 beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, während des Schiebebetriebes des Motors die Kraftstoffzufuhr abzuschalten und die Ventileinstellungen so zu steuern, daß die Ladung wahrend des Abschal- tens der Kraftstoffzufuhr in den Zylindern des Motors zurückgehalten wird. Dadurch kann ein Anstieg der Stickoxid-Emission nach der Schubabschaltung ge- mindert werden, da nachgeschaltete katalytische Nachbehandlungsvorrichtungen weder gekühlt noch mit Sauerstoff gesättigt werden.
Bekannte Strategien zur Schubabschaltung werden aufgrund unterschiedlicher Startmechanismen aktiviert. Solche Startmechanismen überwachen beispielsweise den momentanen Betriebszustand der Verbrermungskraflmaschine, die Stellung des Gas- oder Bremspedals oder das Aufleuchten des Bremslichtes. In Abhängigkeit von den erfaßten Werten und vorgegebenen Grenzwerten der bestimmten Kenngrößen wird die Schubabschaltung aktiviert und die Kraftstoffzufuhr unterbrochen. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich in den Verbrennungsräumen der Verbrermirngskraf maschine und/oder den Zu- bzw. Ableitungen der Abgasanlage Restmengen von zumindest teilweise unverbranntem Kraftstoff. Dieser verdampft aufgrund der hohen Temperatur in diesen Bereichen und gelangt somit auch zu einem nachgeschalteten katalytischen Konverter in der Abgasanlage.
Derartige, insbesondere motornah eingesetzte, katalytische Konverter haben im Normalbetrieb eine Temperatur von 600°C - 800°C. Wird die Verbrennungskraftmaschine mit erhöhter Last betrieben, wie beispielsweise bei einer andauernden Hochgeschwindigkeitsfahrt eines PKW, werden im katalytischen Konverter sogar Temperaturen bis 900°C oder 1000° C erreicht. Erfolgt nun aus einem der- artigen Zustand heraus eine Schubabschaltung gemäß den bekannten Verfahren, verursachen die anschließend verdampften beziehungsweise intermittierend zuge- führten Kraftstofrmengen eine exotherme katalytische Reaktion an der Oberfläche des katalytischen Konverters. Aufgrund dieses exothermen Vorgangs erhöht sich die Temperatur des katalytischen Konverters direkt nach der Schubabschaltung um ca. 200°C, wobei dies zur Beschädigung der katalytisch aktiven Beschichtung und somit auch zu einer stark begrenzten Lebensdauer des katalytischen Konverters führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein- Verfahren anzugeben, wobei die oben aufgeführten Nachteile bei der Schubabschaltung vermieden wer- den. Insbesondere soll hierbei die Lebensdauer eines katalytisch aktiven Katalysators in einer der Verbrermvmgskrafrmaschine nachgeschalteten Abgasanlage erhöht werden, indem ein lebensdauerbegrenzender Temperaturanstieg direkt nach einer Schubabschaltung verhindert wird.
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schubabschaltung bezieht sich auf eine Verbrer ungskraftmaschine mit einer Abgasanlage, welche wenigstens eine Komponente zur Reinigung eines an der Verbrennungslα fmiaschine erzeugten Abgases aufweist. Dabei wird vorgeschlagen, daß eine Schubabschaltung im Schiebebetrieb der Verbrermrmgskraflmaschine erst in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases undoder der wenigstens einen Komponente aktiviert wird. Eine Schubabschaltung wurde entsprechend bekannten Verfahren zu den Zeitpunkt initiiert (Initiierungszeitpunkt), in dem die Verbrermungslαaftmaschine in den Schiebebetrieb übergeht. Zur Identifikation des Zeitpunktes werden insbesondere das Lastverhalten der Verbrennungskrafrmaschine, die Stellung des Gas- beziehungsweise Bremspedales eines PKW und/oder ein Signal von einem Bremslicht- Schalter herangezogen. Vorzugsweise werden zur genaueren Charakterisierung des Lastverhaltens weitere Kennwerte der Verbrennungskraftmaschine wie bei- spielsweise die Drehzahl, das Drehmoment oder die Stellung der Drosselklappe ermittelt. Dazu sind eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren geeignet, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Kennwerte eine Schubabschaltung initiiert werden kann. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Schubabschaltung erst in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases und/oder der wenigstens einen Komponente aktiviert wird (Aktivierungszeitpunkt). Dies bedeutet, daß gegebenenfalls der Schiebebetrieb der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff-πifuhr solange aufrechterhalten wird, bis das Abgas und/oder die wenigstens eine Komponente eine vorgebbare Grenztemperatur beziehungsweise einen vorgebbaren Tempera- turbereich erreicht haben. Weisen das Abgas und/oder die Komponente zum Initi- ierungszeitpunkt bereits eine Temperatur auf, die unkritisch ist, kann eine sofortige Schubabschaltung aktiviert werden.
Beispielhaft sei im folgenden die Aktivierung einer Schubabschaltung aus einer hohen Last einer Verbrennungskrafrmaschine heraus dargestellt. Die Verbren- nungskrafmiaschine ist hierbei ein Motor eines Personenkraftfahrzeuges, die über eine gewisse Dauer im Hochleistungsbereich betrieben wurde. Der Bediener des PKW nimmt nun den Fuß vom Gaspedal, da er beispielsweise die Geschwindigkeit des PKW auf eine sich anbahnende Geschwindigkeitsbegrenzung anpassen möchte. Zu diesem Zeitpunkt geht der Motor in einen Schiebebetrieb über, wodurch aufgrund der Bremswirkung des Motors- die Geschwindigkeit des PKW reduziert wird. Die Drehzahl des Motors sinkt dabei stetig. Der Übergang des Motors in de Schiebebetrieb aufgrund der Freigabe des Gaspedals initiiert eine Schubabschaltung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Nun wird die Tem- peratur des momentan erzeugten Abgases beziehungsweise eines im Abgassystem befindlichen Katalysators ermittelt. Liegt die ermittelte Temperatur nach einem Vergleich mit einer vorzugsweise gespeicherten Grenztemperatur, so ist es sinnvoll, die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr noch nicht zu aktivieren. Aufgrund des nun länger andauernden Schiebebetriebes sinkt die Temperatur des Abgases und/oder des nachgeschalteten Katalysators. Hat das Abgas beziehungsweise der Katalysator die gespeicherte Grenztemperatur erreicht, wird die Schubabschaltung aktiviert. Der infolge der Schubabschaltung auftretende Temperaturpeak, der durch die nachträgliche exotherme Umsetzung von verdampften Kraftstoffbestandteilen verursacht wird, erreicht somit keine Temperaturbereiche, welche eine frühzeitige Alterung der katalytisch aktiven Beschichtung bewirken würden. Der Temperturpeak zeigt dabei gegebenenfalls auch eine Differenz von 200°C auf, geht aber von einem niedrigeren Temperaturniveau aus, da sich das Abgas beziehungsweise der Katalysator im Schiebebetrieb noch weiter abgekühlt haben. Die Lebensdauer eines solchen, insbesondere motornah eingesetzten, Katalysators wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich verlängert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Schubabschaltung aus erhöhter Last erst bei Temperaturen der wenigstens einen Komponente unterhalb 850°C, vorzugsweise unterhalb 750°C. Das hat beispielsweise zur Folge, daß der Schiebebetrieb mit Kraftstoffzufuhr aufrechterhalten wird, bis die wenigstens eine Komponente eine Temperatur aufweist, die unter der genannten Grenztemperatur liegt. Der nach der Aktivierung der Schubabschaltung auftretende Temperaturpeak erreicht somit maximal Werte von ca. 1000°C. Eine kurzzeitige Erhöhung der Temperatur bis in diesen Bereich hat keine negative Auswirkung betreffend die Alterung einer katalytischen Beschichtung der Komponente zur Reinigung des Abgases.
Ist die wenigstens eine Komponente ein Katalysator zur katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas ist, der vorzugsweise mindestens einen Sensor aufweist, so ist es besonders vorteilhaft, die Temperatur in einem Teilbereich des Katalysators zu erfassen, in dem 75% bis 90% der Schadstoffe umgesetzt werden. Derartige Katalysatoren haben im wesentlichen einen wabenfδrmigen Trägerkörper, der eine große Oberfläche aufweist, die mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen ist. Die Trägerkörper können hierbei aus keramischen oder metallischem Material sein. Der Teilbereich, in dem 75% bis 90% der Schadstoffe umgesetzt werden, ist nahe der Stirnseite des Katalysators angeordnet, durch welche das zu reinigende Abgas eintritt. In diesem Teilbereich wird aufgrund der ka- talytischen Oberfläche des Katalysators in Verbindung mit den zumeist noch sehr hohen Temperaturen des Abgases eine größtmögliche Umsetzung der Schadstoffe. Damit ist dieser Teilbereich aber auch insbesondere von den Temperaturpeaks infolge nachträglicher exothermer Reaktionen gefährdet. Eine Messung in diesem Teilbereich stellt somit sicher, daß dieser soweit abgekühlt ist, daß eine kritische Temperaturerhöhung vermieden wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, die Schubabschaltung auch zeitlich zu verzögern. Dies ist insbesondere dann vorteil- haft, wenn die Temperatur nicht über die gesamte Länge einer solchen Komponente zur Reinigung des Abgases ermittelt wird. Die Abkühlung der Komponente erfolgt erfahrungsgemäß über die Stirnseite, durch die das zu reinigende Abgas eintritt. Somit ist während der Abkühlung ein ansteigendes Temperaturprofü über die Länge der Komponente gegeben. Erfolgt nun lediglich eine partielle Ermitt- lung der Temperatur der Komponente, ist es möglich, daß eine Temperatur an der Meßstelle unterhalb der angegebenen Grenztemperatur ermittelt wird, wobei benachbarte Bereiche der Komponente eine deutlich höhere, gegebenenfalls oberhalb der Grenztemperatur liegende Temperatur aufweisen. Eine Schubabschaltung und die damit verbundene exotherme Umsetzung des verdampften Kraftstoffes könnte zu einer sehr hohen thermischen Beanspruchung der Komponente zur Reinigung des Abgases führen. Dies kann durch die vorgeschlagene zeitliche Verzögerung verhindert werden, da diese vorzugsweise so bemessen ist, daß sie dem Abkühlverhalten der Komponente angepaßt ist und in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur eine ausreichende und durchgängige Abkühlung über die gesamte Länge der Komponente gewährleistet.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, die zeitliche Verzögerung der Schubabschaltung in Abhängigkeit des Abgasmassenstromes und der Wärmekapazität der wenigstens einen Komponente zu bestimmen. Der Massenstrom des Abgases hat eine Kühlwirkung auf die Komponente, wenn es diese durchströmt, und kann beispielsweise mittels einem Sensor kontinuierlich erfaßt werden. Die Wärmekapazi- tät der wenigstens einen Komponente kann zum Beispiel in einer übergeordneten Informationseinheit gespeichert sein und charakterisiert im wesentlichen das Abkühlverhalten der Komponente. Mit Hilfe der Informationen über den momentanen Abgasmassenstrom und die Wärmekapazität der wenigstens einen Kompo- nente können die Kühlung durch das Abgas und das entsprechende Abkühlverhalten der Komponente ausreichend beschrieben und eine entsprechende zeitliche Verzögerung der Schubabschaltung bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die zeitli- ehe Verzögerung der Schubabschaltung mit einer Motorsteuerung der Verbren- nungskraftmaschine bestimmt. Die Motorsteuerung überwacht, reguliert und/oder steuert unterschiedlichste Vorgänge und Prozesse der Verbrer ungskraftmaschi- ne. Hierzu werden der Motorsteuerung eine Vielzahl von Informationen bereitgestellt, welche beispielsweise mit Sensoren kontinuierlich oder intermittierend er- faßt und in einer Datenbank gespeichert werden können. Weiterhin umfaßt eine übliche Motorsteuerung eine Art Recheneinheit, welche in der Lage ist, eingehende Informationen zu verarbeiten, Werte zu berechnen oder zu vergleichen. Somit kann auf besonders einfache Weise die Bestimmung der zeitlichen Verzögerung der Schubabschaltung durch Elemente der Motorsteuerung bestimmt werden. Zu- dem geht üblicherweise eine Abschaltung des Kraftstoffes von der Motorsteuerung aus, so daß gegebenenfalls eine unverzügliche Aktivierung der Schubabschaltung möglich ist. Ein unnötiger Kraftstoffverbrauch aufgrund der Kommunikation von unterschiedlichen Systemen (Motorsteuerung mit externer Steuerung) wird somit vermieden.
Weitere Einzelheiten und besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeig- neten Verbrennungslαafrmaschine und Fig. 2 schematisch den Temperaturverlauf in einem nachgeschalteten' katalytischen Konverter bei Schubabschaltung.
Figur 1 zeigt schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Abgasan- läge 2 zur Reinigung eines in der Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugten Abgases, welches in einer Strömungsrichtung 19 die Abgasanlage 2 durchströmt. Die Abgasanlage 2 weist einen Vorkatalysator 3 und einen Hauptkatalysator 4 auf. Der Vorkatalysator 3 ist beispielsweise elektrisch beheizbar ausgeführt, um das Anspringverhalten des Vorkatalysators 3 und des Hauptkatalysators 4 zu verbes- sern. Die Verbrennungskraftmaschine 1 wird mittels einer Motorsteuerung 9 gesteuert. Diese wiederum ist mit einer Schubabsch tungsvorrichrung 7 verbunden, welche gegebenenfalls die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr im Schiebebetrieb der Verbrermungskrafm aschine 1 gewährleistet. Die Schubabschaltungsvorrichtung 7 ist entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Mitteln zur Be- Stimmung der Temperatur des Abgases und des Vorkatalysators 3 verbunden. Die Temperatur des Abgases wird hier mit einem Gassensor 5 erfaßt. Die Bestimmung der Temperatur des Vorkatalysators 3 erfolgt mit Hilfe eines Thermoelementes 6, wobei die Temperatur in einem Teilbereich 18 erfaßt wird, in dem 75% bis 90% der Schadstoffe umgesetzt werden. Eine zeitliche Verzögerung der Schubabschal- tung ist mit einem geeigneten Verzögerungsglied 8 möglich, das beispielsweise mit Daten über die Wärmekapazität des Vorkatalysators 3 und/oder des Hauptkatalysators 4 sowie dem momentanen Abgasmassenstrom die Dauer der zeitlichen Verzögerung so bemessen kann, daß ein "vorgebbarer abgekühlter Zustand der Katalysatoren 3 und 4 gewährleistet ist.
Wird nun beispielsweise von der Motorsteuerung 9 aufgrund eines besonderen Betriebszustandes der Verbrennungskrafbmaschine 1 eine Schubabschaltung initiiert, überprüft die Schubabschaltungsvorrichtung 7 zunächst die Temperatur des Abgases sowie des Vorkatalysators 3. In Abhängigkeit der erfaßten Temperatur wird gegebenenfalls eine Schubabschaltung aktiviert, falls die ermittelte Temperatur unter einer in der Motorsteuerung 9 oder Schubabschaltungsvorrichtung 7 ge- speicherten Grenztemperatur liegt. Die tatsächliche Unterbrechung der Kraftstoff- zxifuhr kann zusätzlich durch das Verzögerungsglied 8 zeitlich verzögert werden.
Figur 2 zeigt schematisch den Drehzahlverlauf der Verbrennungskraftmaschine 1 sowie den Temperaturverlauf bei einer herkömmlichen Schubabschaltung und bei einer Schubabschaltung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Drehzahlkurve 12 zeigt, daß die Verbrermungskraftmaschine 1 zunächst mit einer hohen konstanten Last betrieben wurde. Zum Initiierungszeitpunkt 14 der Schubabschaltung geht beispielsweise der Bediener der Verbrennungskraftmaschine 1 vom Gaspedal, wodurch sich anschließend die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 deutlich reduziert. Hat der Bediener beispielsweise die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, wird die Verbrermv gskraftmaschine 1 mit einer geringeren Last betrieben.
Bezogen auf einen solchen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zeigt die erste Temperaturkurve 10 den Temperaturverlauf im Vorkatalysator 3 gemäß den bekannten Verfahren zur Schubabschaltung. Hierbei wird zum rnitiierungszeit- punkt 14 die Kraftstoffzufuhr unmittelbar unterbunden. Aufgrund der hohen Temperaturen in der Verbrennvmgskraftmaschine verdampfen Restbestandteile des Kraftstoffes und rufen beim Auftreffen auf den Vorkatalysator 3 eine exotherme katalytische Reaktion hervor. -Dies f hrt zu einem kurzzeitigen ersten Peak 16. Geht man hier davon aus, daß die Verbrer ungskraflmaschine 1 zuvor bereits mit hoher Last betrieben wurde und der Vorkatalysator 3 bereits sehr heiß gewesen ist, kann dieser erste Peak 16 zu einer frühzeitigen Alterung der katalytisch aktiven Beschichtung führen. Sind die Restbestandteile des Kraftstoffes katalytisch umgesetzt, beginnt der Abkühlvorgang des Vorkatalysators 3, wobei dieser letztendlich auf einem niedrigeren Temperaturniveau entsprechend der geringeren Last der Verbrermungslσaftmaschine 1 endet.
Die zweite Temperaturkurve 11 zeigt den Temperaturverlauf des Vorkatalysators 3 bei dem erfϊndungsgemäßen Verfahren zur Schubabschaltung. Zum Initiie- rungszeitpunkt 14 der Schubabschaltung wird zunächst mit Hilfe des Thermoelementes 6 die Temperatur des Vorkatalysators 3 bestimmt. Dieser liegt zum Initiie- rungszeitpunkt 14 deutlich oberhalb der vorgegebenen Grenztemperatur 15. Demnach wird die Kraftstoffzufuhr solange aufrechterhalten, bis der Vorkatalysator 3 aufgrund des Schiebebetriebes der Verbrer ungskraftmaschine 1 soweit abgekühlt ist, daß dieser einer Temperatur unterhalb der Grenztemperatur 15 erreicht hat. Der Zeitpunkt des Unterschreitens der Grenztemperatur ist der Aktivierungszeitpunkt 13, zu dem die Schubabschaltung mit Hilfe der Schubabschaltungsvorrichtung 7 aktiviert wird. Auch in diesem Fall kommt es auch zu einer nachträgli- chen katalytischen Umsetzung von Restbestandteilen des Kraftstoffs, allerdings reicht der zweite Peak 17 aufgrund des niedrigeren Temperaturniveaus zum Aktivierungszeitpunkt 13 nahe der Grenztemperatur 15 auch nur tiefere Temperaturbereiche als der erste Peak 16. Somit kann der Vorkatalysator 3 sowie der Hauptkatalysator 4 vor einer lebensdauerbegrenzenden Überhitzung bewahrt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schubabschaltung einer Verbrennungs- kraftaiaschine aktiviert eine Schubabschaltung erst in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases und/oder der wenigstens einen Komponente der Abgasanlage. Eine Überhitzung der Katalysatoren aufgrund nach der Schubabschaltung auftre- tenden exothermen Reaktionen von Restbestandteilen des Kraftstoffes mit der katalytisch aktiven Oberfläche wird vermieden.-Das hier vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Nachrüstung beziehungsweise Implementierung in bereits bekannte Strategien, da beispielsweise die Integration in bekannte Motorsteuerungen besonders einfach ist. Bezugszeichenliste
Verbrennungskraftmaschine
Abgasanlage
Vorkatalysator
Hauptkatalysator
Gassensor
Thermoelement
Schubabschaltungsvorrichtung
Verzögerungsglied
Motorsteuerung erste Temperaturkurve zweite Temperaturkurve
Drehzahlkurve
Aktivierungszeitpunkt
Initiierungszeitpunkt
Grenztemperatur erster Peak zweiter Peak
Teilbereich
Strömungsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Schubabschaltung einer Verbrennungskrafrmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2), die wenigstens eine Komponente (3,4) zur Reinigung eines von der Verbrennungskraftmaschine (1) erzeugten Abgases aufweist, bei dem eine Schubabschaltung im Schiebebetrieb der Verbrennungskraftmaschine (1) erst in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases und/oder der we- nigstens einen Komponente (3,4) aktiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Aktivierung der Schubabschaltung erst bei Temperaturen der wenigstens einen Komponente (3,4) unterhalb 850°C, vorzugsweise unterhalb 750°C erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Komponente (3,4) ein Katalysator zur katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas ist, der vorzugsweise mindestens einen Sensor (5,6) aufweist, bei dem die Temperatur in einem in Strömungsrichtung (19) des Abgases vorderen Teilbereich (18) er- faßt wird, in dem 75% bis 90% der Schadstoffe umgesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Aktivierung der Schubabschaltung zeitlich verzögert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die zeitliche Verzögerung der Aktivierung der Schubabschaltung in Abhängigkeit des Abgasmassenstromes und der Wärmekapazität der wenigstens einen Komponente (3,4) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Verbrermungskraftmaschine (1) mit einer Motorsteuerung (9) gesteuert wird und die zeitliche Verzögerung der Aktivierung der Schubabschaltung mit der Motorsteuerung (9) bestimmt wird.
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