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Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorsteuerung eines Lambdawertes während der Aufheizphase einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Katalysator und mindestens einer Lambdasonde.

Um die strengen Abgasnormen bei Verbrennungskraftmaschinen zu erfüllen, ist neben der Mini- mierung der Rohemission während des Starts der Katalysator so schnell wie möglich auf die richtige Betriebstemperatur aufzuheizen. Bekannt sind dazu verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise die Erhöhung der Abgastemperatur durch Spätzündung, eine Gemischanreicherung in Verbindung mit Sekundärlufteinblasung, der Einsatz einer Glühkerze im Abgastrakt vor dem Katalysator. Bei Motoren mit Abgasturboaufladung und Ladedruckegelventil kann das Ladedruckregelventil zur schnellen Erwärmung des Katalysators geöffnet werden. All diese Maßnahmen hängen zum einen vom Abgaskonzept, wie fett oder mager, und zum anderen von der zur Verfügung stehenden Hardware (z.B. Ladungsbewegungsklappe, Sekundärlufteinblasung, Nockenwellenverstellung etc.) ab, und beeinflussen die Abgasqualität. Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen muss ihre Wirksamkeit bei Kraftfahrzeugen mit On-Board-Diagnosen überprüft werden. Sollte während des Kaltstarts eine dieser Maßnahmen nicht eingestellt werden können, kann dies dazu führen, dass die Abgasgrenzwerte nicht eingehalten werden können.

Andererseits ist hinsichtlich der Konvertierung von Schadgaskomponenten das Speichervermögen des Katalysators für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) von besonderem Interesse. Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass die zu oxydierenden Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Mit zunehmender Alterung der Abgasreinigungsanlage nimmt deren Speichervermögen für Sauerstoff ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen und die Lambdasonde hinter der Abgasreinigungsanlage detektiert diese zu oxydierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Lambdasonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. In vielen Ländern ist eine Überprüfung der Abgasreinigungsanlage während des Fahrbetriebs durch die Motorsteuerung gesetzlich vorgeschrieben (On-Board-Diagnose). Eine aktive Katalysator-Diagnose hat dabei die Aufgabe, ein unzulässiges Absinken der Konvertierung, die zu unzulässiger Erhöhung der Abgaswerte führt, zu erkennen und über eine Kontrolllampe anzuzeigen.

Die sauerstoffmessende Katalysatordiagnose wird mit einer Breitbandsonde nach folgendem Verfahren durchgeführt:

Der Katalysator wird zunächst durch ein fettes Gemisch (&lgr; < 1) von Sauerstoff befreit. Nach dieser als Konditionierung bezeichneten Phase wird anschließend ein mageres Abgas (&lgr; > 1) eingetragen und dabei die eingetragene Sauerstoffmenge aufintegriert. Wenn während dieser Messphase die Sonde hinter dem Katalysator ein mageres, d.h. sauerstoffhaltiges Gemisch anzeigt, entspricht die aufintegrierte Menge der aktuellen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators, die ein Maß für die Güte darstellt. Dieses Verfahren wird mehrfach hintereinander angewendet.

In der DE 41 12 478 C2 ist ein Verfahren zur Beurteilung des Alterungszustandes eines Katalysators beschrieben, bei dem die Lambdawerte vor und hinter dem Katalysator gemessen werden. Untersucht wird, ob bei einer Regelschwingung vor dem Katalysator von Fett nach Mager oder umgekehrt der Lambdawert hinter dem Katalysator einen entsprechenden Übergang zeigt, und dann, wenn dies der Fall ist, wird der den Katalysator durchströmende Gasmassenstrom bestimmt, das zeitliche Integral des Produktes aus Gasmassenstrom und Lambdawert vor dem Katalysator berechnet, das zeitliche Integral des Produktes aus Gasmassenstrom und Lambdawert hinter dem Katalysator berechnet und als Maß für den Alterungszustand des Katalysators entweder die Differenz zwischen den beiden Integralen oder der Quotient aus den beiden Integralen oder der Quotient aus der Differenz und einem der beiden Integrale verwendet wird. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass der Lambdawert vor der Abgasreinigungsanlage mit einer aufwändigen Breitband-Lambdasonde gemessen werden muss, um über die Integration des Produktes aus aktuellem Lambdawert und Gasmassenstrom die eingebrachte oder entnommene Sauerstoffmenge zu bestimmen.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage beschreibt die EP 0546 318 B1. Das System wird mit einem Lambdaverlauf beaufschlagt, dessen Sauerstoff-Mangeleintrag zu Beginn höher als die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ist. Der Sauerstoff-Eintrag wird so gewählt, dass der Katalysator in den Magerphasen jeweils bis an seine Kapazitätsgrenze gefüllt wird. Zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators wird der mittlere Lambdawert vor dem Katalysator während der Lambdaschwingungen des Systems gezielt in Richtung Mager verschoben und so die Sauerstoff-Entnahme von Phase zu Phase verringert. Durch Bestimmung der Anzahl der Fett-Mager-Übergänge die die hinter dem Katalysator angeordnete Lambdasonde anzeigt, kann die Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt werden, wobei eine vergrößerte Anzahl von Phasen eine verringerte Speicherfähigkeit bedeutet. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass in den Magerphasen ungereinigtes Abgas abgegeben wird.

Die DE 10240977 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffdirekteinspritzsystem, welches ein Abgassystem mit mindestens einem Katalysator aufweist. Zum Heizen wenigstens einer der Katalysatoren ist vorgesehen, die Brennkraftmaschine zyklisch in einem Magerbetrieb mit &lgr; > 1, um den einen Sauerstoffspeicher des mindestens einen Katalysators aufzufüllen, und in einem fetten Betrieb mit &lgr; < 1 zu betreiben, um durch die Reaktionswärme einer Reaktion nicht verbrannter Kraftstoffkomponenten mit dem Sauerstoff in dem mindestens einen Katalysator diesen aufzuheizen. Dabei wird zunächst durch einen Lambda-Sprung die Sauerstoffspeicherkapazität jedes einzelnen oder einer Gruppe von Katalysatoren bestimmt und über die ermittelte jeweilige Sauerstoffspeicherkapazität der oder des Katalysators ein sauerstoffbezogener unterer Heizwert und unter Berücksichtigung eines Abgas-Lambdas und eines Abgasmassenstroms der Energieeintrag und somit eine Temperatur in mindestens einem Katalysator bestimmt. Dadurch wird eine Regelung und Steuerung des Heizens des oder der Katalysatoren über die Einstellung der Fett- und/oder Magerphasen vorgenommen.

Unterstützend zum schnellen Aufheizen des Katalysators wird nach dem Stand der Technik nach dem Start ein leicht mageres Gemisch mit &lgr; > 1 angesteuert. Da der Taupunkt insbesondere beim Kaltstart für die Lambdasonde noch unterschritten wird, wird die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde erst deutlich nach dem Start erreicht. Der Lambda-Wert wird daher direkt nach dem Start auf einen Wert von &lgr; > 1 vorgesteuert und liegt dabei in der Regel bei ungefähr 1,05. Damit wird gewährleistet, dass auch trotz durch die Serienstreuung verursachten Abweichungen in der Kraftstoffzumessung immer ein leicht mageres Lambda eingehalten werden kann. Eine Unterschreitung des Lambdawertes &lgr; = 1 würde zu einem starken Anstieg der CO- und HC-Emissionen führen und unter Umständen eine Verletzung der entsprechenden Emissionsgrenzwerte zur Folge haben. Durch das magere Lambda ist allerdings auch nach dem Überschreiten der so genannten „Light-Off-Temperatur", der Temperatur, ab der der Katalysator eine optimale Betriebstemperatur erreicht hat und damit der Katalysator prinzipiell als 3-Wege-Katalysator arbeitsfähig wäre, keine Konvertierung der Stickoxide im Abgas möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das bereits während der Aufheizphase des Katalysators eine zumindest teilweise Konvertierung von NOx gewährleistet, ohne dass in dieser Phase eine Grenzwertverletzung für die zu oxidierenden Komponenten besteht.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein zeitlicher Lambda-Verlauf der Lambda-Vorsteuerung während der Aufheizphase des Katalysators zumindest zeitweise mittels einer höher frequenten Modulation beaufschlagt wird, derart dass in dieser Phase ein zeitlicher Lambda-Mittelwert von &lgr; > 1 vorgegeben und zumindest kurzzeitig ein Lambda-Wert von &lgr; < 1 erreicht wird. Durch diese gezielte Steuerstrategie für das Lambda wird bereits während dieser Phase eine Teilkonvertierung der Stickoxide erreicht, da zumindest zeitweise ein Lambda-Wert von &lgr; < 1 erzielt wird. Gleichzeitig wird durch den im Mittel weiterhin mageren Lambda-Wert die Konvertierung der zu oxidierenden Komponenten, wie HC und CO nicht negativ beeinflusst. Es wurde sogar beobachtet, dass durch diese Vorsteuerstrategie in geringem Maße auch die Konvertierung der zu oxidierenden Komponenten unterstützt wird. Dabei kann durch eine Vorsteuerung auf ein Lambda &lgr; > 1, beispielsweise &lgr; = 1,05, eine Serienstreuung sicher abgedeckt werden, so dass die Gefahr einer Grenzwertverletzung für die zu oxidierenden Komponenten, wie bereits zuvor beschrieben, nicht besteht.

Das Aufaddieren der höher frequenten Modulation geschieht dabei in bevorzugter Verfahrensvariante derart, dass der zeitliche Lambda-Verlauf der Lambda-Vorsteuerung mit einem unsymmetrischen Tastverhältnis zwischen Phasen mit &lgr; > 1 und &lgr; < 1 vorgesteuert wird, wobei verhältnismäßig kurzzeitig ein Lambda-Wert von deutlich kleiner 1 angesteuert werden und dafür das Lambda relativ lange Zeit bei &lgr; > 1 bleiben kann, um sicher die Konvertierung der zu oxidierenden Komponenten, wie HC und CO zu gewährleisten. Ein Lambda-Wert von deutlich kleiner 1 beschleunigt dagegen die Konvertierung der Stickoxide.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die höher frequente Modulation hinsichtlich Amplitude und /oder Frequenz abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verändert wird, wodurch eine flexible Lambda-Vorsteuerung erreicht werden kann.

Da beispielsweise die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren einer gewissen Alterung unterliegt, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Amplitude der höher frequenten Modulation an einen aktuellen Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren angepasst wird. Durch diese Lambda-Vorsteuerung wird somit eine möglichst konstante Konvertierungsrate für die Stickoxide einerseits und HC bzw. CO andererseits gewährleistet, was insbesondere die Einhaltung der Grenzwerte für diese Schadstoffkomponenten auch nach einer gewissen Alterung sicherstellt.

Generell ist es sinnvoll und vorteilhaft, wenn die Frequenz der höher frequenten Modulation mit kleiner werdendem Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren erhöht wird. Die Gefahr des Durchbruchs von Fettspitzen kann damit reduziert werden.

Das Verfahren sieht dabei vor, dass der aktuelle Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren mittels eines Diagnoseverfahrens für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) ermittelt und gespeichert wird. Dieser Wert kann dann direkt zur Berechnung der optimalen Modulation hinsichtlich Frequenz, Amplitude und ggf. dem Tastverhältnis zwischen den Phasen mit &lgr; > 1 und &lgr; < 1 verwendet werden.

Erfolgt zusätzlich zur Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren eine volumetrische Gewichtung einer Katalysator-Temperatur, und wird diese bei der Amplituden- und/oder Frequenz-Modulation des zeitlichen Lambda-Verlaufs der Lambda-Vorsteuerung während der Aufheizphase des oder der Katalysatoren berücksichtigt, kann daraus eine effektive Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt werden, die eine Funktion der Temperatur im oder in den Katalysatoren ist. Da sich der oder die Katalysatoren während des Aufheizvorganges von vorne nach hinten (in Gaslaufrichtung) aufwärmen, kann durch diese volumetrische Gewichtung eine charakteristische Katalysatortemperatur für den gesamten Katalysator oder der Katalysatoren bestimmt werden, die für eine weitere Berechnung zur Verfügung steht.

Dabei sieht eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante vor, dass der Wert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren und der Wert für die volumetrische Gewichtung der Katalysator-Temperatur gemessen und in Kennfeldern abgelegt werden. Damit lassen sich vorteilhaft auch komplexe funktionale Zusammenhänge darstellen bzw. auswerten.

Es kann bei dem zuvor beschriebenen Verfahren vorgesehen sein, dass die Amplitude der Modulation des zeitlichen Lambda-Verlaufs der Lambda-Vorsteuerung begrenzt wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Laufruhe sinnvoll, wenn vor allem ein magerer Lambda-Wert vorgesteuert wird.

Werden die zuvor beschriebenen Maßnahmen während des Katalysator-Aufheizens und vor Erreichen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde angewendet, kann die Aktivität des oder der Katalysatoren noch etwas gesteigert werden, so dass diese Maßnahmen auch vor Erreichung der Light-Off-Phase vorteilhaft ist, wobei die Steigerung der Aktivitäten des oder der Katalysatoren für die Konvertierung der zu oxidierenden Komponenten (HC, CO) durch eine Modulation des Lambdas aus dem regulären &lgr; = 1 Betrieb bekannt ist.

Werden die Maßnahmen bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung oder Saugrohreinspritzung angewendet, bietet sich insbesondere für Motoren mit Benzindirekteinspritzung an, die Steuerstrategie mit der bekannten Betriebsar „Homogensplit" zu kombinieren, da hier die Magerlauffähigkeit verglichen zum reinen Homogenbetrieb verbessert ist. Prinzipiell könnte auch ein Betriebsartenwechsel damit kombiniert werden. So kann beispielsweise, wenn das Brennverfahren es gestattet, im mageren Teil der Amplitude die Schichtbetriebsart gewählt werden und im fetten Teil der Amplitude die Homogen-Betriebsart gefahren werden. Ist bei einer Saugrohreinspritzung die Magerlauffähigkeit in den erforderlichen Bereichen gegeben, kann die Strategie hier ebenfalls angewendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

1a eine schematische Darstellung einer symmetrischen Lambda-Vorsteuerung,

1b eine schematische Darstellung einer unsymmetrischen Lambda-Vorsteuerung,

2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Lambdawertes, der Sauerstoff-Konzentration sowie verschiedener Schadstoff-Konzentrationen.

Ausführungsformen der Erfindung

Das technische Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, sieht beispielhaft eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Motorblock und einem Zuluftkanal, der den Motorblock mit Verbrennungsluft versorgt, vor. Dabei kann die Luftmenge im Zuluftkanal mit einer Zuluftmesseinrichtung bestimmbar sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine wird dabei über eine Abgasreinigungsanlage geführt, welche als Hauptkomponenten einen Abgaskanal aufweist, in dem in Strömungsrichtung des Abgases eine erste Lambdasonde vor einem Katalysator und eine zweite Lambdasonde hinter dem Katalysator angeordnet ist. Die Abgasreinigungsanlage kann noch einen zweiten Katalysator hinter der zweiten Lambda-Sonde aufweisen. Die Lambdasonden sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die aus den Daten der Lambdasonden und den Daten der Zuluftmesseinrichtung das Gemisch berechnet und eine Kraftstoffzumesseinrichtung zur Zudosierung von Kraftstoff mit entsprechenden Einspritzdüsen im Zuluftkanal ansteuert.

Mit der im Abgaskanal hinter dem Motorblock angeordneten Lambdasonde kann mit Hilfe der Steuereinrichtung ein Lambda-Wert eingestellt werden, der für die Abgasreinigungsanlage zur Erzielung einer optimalen Reinigungswirkung geeignet ist. Die Lambdasonde kann als einfache Sprungsonde oder als aufwändige Breitbandsonde ausgeführt sein, durch die sich die Luftzahl &lgr; in einem weiten Bereich bestimmen lässt. Ist die Lambdasonde als Sprungsonde ausgebildet, ist dies kostengünstiger, erlaubt aber lediglich eine Regelung auf einen Sollwert von &lgr; = 1. Daher kann während der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit keine Lambdaregelung aktiv sein. In dieser Betriebsphase erfolgt nur eine Vorsteuerung des Kraftstoffgemisches mit einem von der Steuereinrichtung vorbestimmten Lambda-Wert. Die im Abgaskanal hinter dem ersten Katalysator angeordnete zweite Lambdasonde kann ebenfalls in der Steuereinrichtung ausgewertet werden und dient dazu, in einem Verfahren nach dem Stand der Technik die Sauerstoffspeicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu bestimmen.

Die Steuereinrichtung kann zudem mit einer Anzeige-/Speichereinheit verbunden sein, mit der beispielsweise eine Fehlfunktion der Abgasreinigungsanlage angezeigt werden kann. Zudem kann damit auch angezeigt werden, wenn beispielsweise bei der On-Board-Diagnose ein Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators ermittelt wird, welches bereits hinsichtlich der Erfüllung der gesetzlichen Abgasvorschriften als grenzwertig eingestuft ist.

Zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird im Allgemeinen während der On-Board-Diagnose die Brennkraftmaschine zunächst ausreichend lange mit Kraftstoffüberschuss betrieben („fettes Gemisch"), um sämtlichen Sauerstoff im Katalysator zu reduzieren. Im anschließenden Magerbetrieb wird im Katalysator Sauerstoff eingelagert, wobei mit der Lambda-Sonde hinter dem Katalysator festgestellt wird, wenn sauerstoffreiches Abgas auftritt, da die Sauerstoffspeicherfähigkeit OSC dann überschritten ist.

Nach dem Stand der Technik wird ein sprunghafter Wechsel zwischen &lgr; < 1 und &lgr; > 1 vorgegeben. Bei dieser Vorsteuerung können Fehler auftreten, die beispielsweise durch eine Streuung der Einspritzventile oder Fehler in der Füllungserfassung herrühren. Diese verfälschen den Lambdawert und führen damit auch zu Fehlern bei der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit.

Während der Aufheizphase direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine ist unterstützend zum schnellen Aufheizen des Katalysators vorgesehen, nach dem Start ein leicht mageres Gemisch mit &lgr; > 1 anzusteuern. Da der Taupunkt insbesondere beim Kaltstart für die Lambdasonde noch unterschritten wird, wird die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde erst deutlich nach dem Start erreicht.

Wie in 1a und 1b schematisch gezeigt, ist während der Aufheizphase der Abgasreinigungsanlage der Brennkraftmaschine vorgesehen, ein zeitlicher Lambda-Verlauf 11 der Lambda-Vorsteuerung 10 während der Aufheizphase des Katalysators zumindest zeitweise mittels einer höher frequenten Modulation zu beaufschlagen, derart dass in dieser Phase ein zeitlicher Lambda-Mittelwert 12 von &lgr; > 1, im gezeigten Beispiel &lgr; = 1,05, vorgegeben und zumindest kurzzeitig ein Lambda-Wert von &lgr; < 1 erreicht wird. In 1a ist eine Verfahrensvariante mit einer symmetrischen Lambda-Vorsteuerung 10 gezeigt. 1b zeigt eine Verfahrensvariante, bei der der zeitliche Lambda-Verlauf 11 der Lambda-Vorsteuerung 10 mit einem unsymmetrischen Tastverhältnis zwischen Phasen mit &lgr; > 1 und &lgr; < 1 vorgesteuert wird.

Die Bereiche der NOx-Konvertierung 20 liegen in dem Bereich des zeitlichen Lambda-Verlaufs 11, in denen &lgr; < 1 ist, sofern der oder die Katalysatoren die Light-Off-Phase, d.h. die Betriebstemperaturen erreicht haben. Das in der fetten Phase reduzierte NOx kann aus reaktionskinetischen Gründen in den Katalysatoren und auch danach im Abgasstrang nicht wieder gebildet werden. In diesem Zusammenhang ist allerdings darauf hinzuweisen, dass eine NOx-Konvertierung mit Wirkungsgraden von > 99%, wie sie bei einem geregelten &lgr; = 1 Betrieb eines 3-Wege-Katalysators erreicht werden kann, mit diesem Verfahren nicht erzielt werden kann, was hier aber auch nicht Ziel der beschriebenen Strategie ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die höher frequente Modulation hinsichtlich Amplitude 13 und/oder Frequenz abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verändert wird. Dabei kann die Amplitude 13 der höher frequenten Modulation an einen aktuellen Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren angepasst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, die Frequenz der höher frequenten Modulation mit kleiner werdendem Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren zu erhöhen.

Der aktuelle Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren kann mittels eines Diagnoseverfahrens für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC), wie es zuvor beschrieben wurde, ermittelt und gespeichert werden. Zusätzlich zur Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren kann eine volumetrische Gewichtung einer Katalysator-Temperatur durchgeführt und diese bei der Amplituden- und/oder Frequenz-Modulation des zeitlichen Lambda-Verlaufs 11 der Lambda-Vorsteuerung 10 während der Aufheizphase des oder der Katalysatoren berücksichtigt werden. Zur Berechnung der Amplitude 13 und der Frequenz der Modulation werden in bevorzugter Verfahrensvariante der Wert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren und der Wert für die volumetrische Gewichtung der Katalysator-Temperatur gemessen und in Kennfeldern abgelegt.

Die zuvor beschriebene Strategie kann im Folgenden in unterschiedlichen Phasen der Katalysator-Aufheizung zum Einsatz kommen, wie dies nachfolgende tabellarische Zusammenstellung zeigt, wobei die Maßnahmen während des Katalysator-Aufheizens und vor Erreichen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde angewendet werden.

Eine Anwendung in Phase B, d.h. vor Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators („Light-Off") kann dabei in sofern sinnvoll sein, dass neben der Verbesserung der NOx-Konvertierung eine Steigerung der Aktivität des oder der Katalysatoren für die Konvertierung der zu oxidierenden Komponenten (HC, CO) beobachtet wird. Zudem kann, je nach Systemauslegung bzw. Applikation, die Phase D entfallen, so dass direkt in den regulären Betrieb ohne weitere Katalysatorheizmaßnahmen übergegangen werden kann. Dies kann dann in der Phase mit geregeltem oder ungeregeltem Lambda durchgeführt werden, je nach dem die Lambdasonde einsatzbereit ist oder nicht. Ebenso ist es möglich, in der Phase D mit betriebsbereiter Lambdasonde die Steuerstrategie in eine Regelstrategie zu überführen. Der Vorgabewert für das Lambda wird direkt in die Lambdaregelung als Sollwertvorgabe eingeführt.

2 zeigt schematisch den zeitlichen Lambda-Verlauf 11, einen zeitlichen Verlauf der Sauerstoff-Konzentration 40 sowie verschiedener Schadstoff-Konzentrationen 30, 60.

Je nach Einstellung von Frequenz und Amplitude 13 kann im gezeigten Beispiel, verglichen zum vorgesteuerten Betrieb mit einem konstanten &lgr; = 1,04, eine Konversion für NOx von mehr als 50% erreicht werden. Dabei ist zu erkennen, dass mit steigender Amplitude 13 der Modulation für die Lambda-Vorsteuerung 10 die NOx-Konzentration 30 sukzessive abnimmt. Es ist in der 2 auch zu erkennen, dass bei zu kleiner Amplitude 13, bei der der Lambda-Wert nicht unter eins vorgesteuert wird, keine Abnahme der NOx Konzentration 30 festgestellt wird. Erst mit größer werdenden Amplituden 13 sinkt die NOx-Konzentration 30 ab. Die Sauerstoff-Konzentration 40 bleibt dabei in weiten Bereichen konstant bei ca. 0,6%. Durch den in einem 3-Wege-Katalysator immer vorhandenen Sauerstoffspeicher (OSC) werden die Fettspitzen aus dem vorgesteuerten fetten Lambda gut abgefangen, so dass bei richtiger Auslegung von Frequenz und Amplitude 13 kein nennenswerter Durchbruch von CO und HC zu erwarten ist, wie dies die zeitlichen Verläufe für die CO-Konzentration 50 und die HC-Konzentration 60 zeigen.

Mit dem Verfahren kann erreicht werden, dass noch ohne betriebsbereite Lambda-Regelung direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine eine Lambda-Vorsteuerung realisiert wird, die während der Aufheizphase des Katalysators bereits eine Teilkonvertierung der Stickoxide erreicht, ohne dass daraus eine nennenswerte Verschlechterung für die zu oxidierenden Komponenten resultiert. Ein weiterer Vorteil dieser Strategie ist, dass man nicht genau auf einen festen Wert für das Lambda angewiesen ist, wie dies beispielsweise beim &lgr; = 1 Betrieb erforderlich ist, wofür eine regelbereite Lambdasonde erforderlich wäre.


Anspruch[de]
Verfahren zur Vorsteuerung eines Lambdawertes während der Aufheizphase einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Katalysator und mindestens einer Lambdasonde, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Lambda-Verlauf (11) der Lambda-Vorsteuerung (10) während der Aufheizphase des Katalysators zumindest zeitweise mittels einer höher frequenten Modulation beaufschlagt wird, derart dass in dieser Phase ein zeitlicher Lambda-Mittelwert (12) von &lgr; > 1 vorgegeben und zumindest kurzzeitig ein Lambda-Wert von &lgr; < 1 erreicht wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Lambda-Verlauf (11) der Lambda-Vorsteuerung (10) mit einem unsymmetrischen Tastverhältnis zwischen Phasen mit &lgr; > 1 und &lgr; < 1 vorgesteuert wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die höher frequente Modulation hinsichtlich Amplitude (13) und/oder Frequenz abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verändert wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (13) der höher frequenten Modulation an einen aktuellen Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren angepasst wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der höher frequenten Modulation mit kleiner werdendem Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren erhöht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Wert der Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren mittels eines Diagnoseverfahrens für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) ermittelt und gespeichert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren eine volumetrische Gewichtung einer Katalysator-Temperatur durchgeführt und diese bei der Amplituden- und/oder Frequenz-Modulation des zeitlichen Lambda-Verlaufs (11) der Lambda-Vorsteuerung (10) während der Aufheizphase des oder der Katalysatoren berücksichtigt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) des oder der Katalysatoren und der Wert für die volumetrische Gewichtung der Katalysator-Temperatur gemessen und in Kennfeldern abgelegt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (13) der Modulation des zeitlichen Lambda-Verlaufs (11) der Lambda-Vorsteuerung (10) begrenzt wird. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen während des Katalysator-Aufheizens und bevor Erreichen der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde angewendet werden. Anwendung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung oder Saugrohreinspritzung angewendet werden.






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