DE10003903A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen AbgasreinigungsanlageInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die Abgasreinigungsanlage aus mindestens zwei, einer Anzahl von Zylindern (Bank) zugeordneten Abgassträngen mit jeweils zumindest einem NO¶x¶-Speicherkatalysator und einem Gassensor besteht, und daß bei dem Verfahren und der Vorrichtung die Betriebsmodi jeder Bank in Abhängigkeit von einem Koordinationsmodus sowie einem Katalysatorzustand und/oder einer Schadstoffmission in allen Abgassträngen eingestellt werden (koordinierte Steuerung).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebes
eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen
Abgasreinigungsanlage mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche
genannten Merkmalen.
Mehrzylindermotoren werden häufig in Untereinheiten aufgeteilt, die jeweils eine Anzahl
von Zylindern (Bank) zusammenfassen. So kann beispielsweise ein Zwölfzylindermotor
in drei Bänke à vier Zylinder aufgeteilt werden. Jeder Bank ist ein zumindest
bereichsweise separater Abgasstrang zugeordnet, in dem jeweils Komponenten der
Abgasreinigungsanlage untergebracht werden können. Dererlei Komponenten umfassen
beispielsweise Partikelfilter als auch Katalysatoren, die eine Konvertierung von während
eines Verbrennungsvorganges gebildeten Schadstoffen in weniger umweltrelevante
Produkte ermöglichen. Beispielhaft seien hier aufgezählt Oxidationskatalysatoren zur
Oxidation von Reduktionsmitteln, wie Kohlenmonoxid CO und unvollständig verbrannte
Kohlenwasserstoffe HC, und Reduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden
NOx.
Weiterhin können jeder Bank Stellmittel zugeordnet werden, die es erlauben, den
Verbrennungsvorgang in den jeweiligen Bänken separat voneinander zu gestalten.
Dererlei Stellmittel können beispielsweise Abgasrückführeinrichtungen, Einspritzsysteme
oder auch in separierten Saugrohren angeordnete Drosselklappen umfassen. Ferner ist
bekannt, in den Abgassträngen eine Sensorik zu implementieren, die es ermöglicht, die
Luftverhältnisse im Abgas oder auch ausgewählte Anteile von Schadstoffen am Abgas
zu erfassen. Üblicherweise werden die von der Sensorik erfaßten Signale in ein
Steuergerät eingelesen, das dann entsprechend vorgegebenen Modellen den
Stellmitteln Stellgrößen vorgibt. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise ein homogener
oder geschichteter Magerbetrieb, ein stöchiometrischer Betrieb oder ein bei sehr hohen
Lasten erforderlicher Fettbetrieb des Mehrzylindermotors realisieren.
Ist jeweils in den Abgassträngen der Abgasreinigungsanlage ein NOx-
Speicherkatalysator integriert, so erfordert dies spezielle Betriebsmodi, um unerwünscht
hohe Schadstoffemissionen und dauerhafte Schädigungen des Katalysators zu
verhindern. Bei einflutigen Abgasreinigungsanlagen sind zahlreiche Prozeduren zur
Durchführung der Betriebsmodi des NOx-Speicherkatalysators bekannt. So ist im
Magerbetrieb, insbesondere im verbrauchsoptimierten Bereich für Ottomotoren bei
Lambda zirka 1,1, eine NOx-Rohemission des Motors stark erhöht, und gleichzeitig sind
die zur Konvertierung benötigten Reduktionsmittel CO und HC stark gemindert. Zur
Abhilfe wird daher in magerer Atmosphäre das NOx in einer NOx-Speicherkomponente
des Katalysators als Nitrat absorbiert, und zwar solange, bis entweder eine NOx-
Speicherfähigkeit erschöpft oder eine Desorptionstemperatur überschritten wird. Vor
diesem Zeitpunkt muß daher nach Möglichkeit eine NOx-Regeneration durch Wechsel in
eine stöchiometrische oder fette Atmosphäre erfolgen. Dazu kann in einem Steuergerät
eine Prozedur hinterlegt werden, mit der in Abhängigkeit von stromab des NOx-
Speicherkatalysators erfaßten Signalen eines Gassensors eine Vorgabe für die
geeigneten Stellmittel erfolgt. In an sich gleicher Art und Weise können auch andere
Maßnahmen, beispielsweise eine Entschwefelung oder eine Aufheizung des
Katalysators auf eine Mindest-Betriebstemperatur, durchgeführt werden. Die
aufgezeigten Lösungen lassen sich jedoch nicht einfach auf mehrflutige
Abgasreinigungsanlagen der oben genannten Art übertragen, da sich
Katalysatorzustände und Betriebsparameter in den jeweiligen Abgassträngen deutlich
voneinander unterscheiden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Verfügung zu stellen, mit denen eine koordinierte Steuerung der Betriebsmodi jeder
Bank mit Hinsicht auf eine niedrige Schadstoffemission aber auch unter
Berücksichtigung eines Kraftstoffverbrauches und von Betriebsparametern des
Mehrzylindermotors ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer
mehrflutigen Abgasreinigungsanlage mit den in den unabhängigen Ansprüchen
genannten Merkmalen gelöst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die
Betriebsmodi jeder Bank in Abhängigkeit von einem Koordinationsmodus sowie einem
Katalysatorzustand und/oder einer Schadstoffemission in allen Abgassträngen
eingestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt zur Durchführung der
Verfahrensschritte Mittel wie beispielsweise ein Steuergerät, in dem eine Prozedur zur
koordinierten Steuerung in digitalisierter Form hinterlegt ist. In bevorzugter Weise kann
das Steuergerät Teil eines Motorsteuergerätes sein.
Der Koordinationsmodus umfaßt bevorzugt einen autarken Modus, einen dominanten
Modus, einen gewichteten Modus oder einen interaktiven Modus, zwischen denen in
Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges und seiner
Aggregate während des Betriebs des Mehrzylindermotors gewechselt wird. Die
Zustands- und Betriebsparameter können vorzugsweise einen Fahrerwunsch, eine
Lastsituation, eine NOx-Gesamtemission stromab aller Abgasstränge, eine NOx-
Rohemission des Mehrzylindermotors und den Katalysatorzustand umfassen, so daß
beispielsweise mit einem komplexen Kennfeld eine betriebssituationsoptimierte Wahl
des Koordinationsmodus ermöglicht wird.
Ferner ist es bevorzugt, den Katalysatorzustand in Form einer Schwefelbeladung
und/oder einer NOx-Beladung und/oder einer Katalysatortemperatur zu charakterisieren.
Denkbar ist auch, den Katalysatorzustand anhand eines Vergleichs einer aktuellen NOx-
Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators mit einer gemessenen oder
modellierten NOx-Speicherfähigkeit eines frischen NOx-Speicherkatalysators
abzuschätzen. Die Betriebsmodi der Bänke umfassen vorzugsweise Prozeduren zur
Durchführung einer NOx-Regeneration, einer Entschwefelung und einer
Katalysatorheizung. Insgesamt stehen damit eine Vielzahl von Parametern für die
erfindungsgemäße Steuerung zur Verfügung, mit denen nahezu alle zum optimalen
Betrieb der Abgasreinigungsanlage notwendigen Maßnahmen ergriffen werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im autarken Modus jede Bank
nur in Abhängigkeit von dem Katalysatorzustand und/oder der Schadstoffemission in
dem jeweils zugeordneten Abgasstrang gesteuert. Unter solchen Bedingung ist die
Gesamtemission des Mehrzylindermotors besonders niedrig, jedoch muß unter
bestimmten Umständen ein Kraftstoffmehrverbrauch in Kauf genommen werden.
Im dominanten Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission nur
in einem der Abgasstränge erfaßt und zur synchronen Steuerung aller Bänke
herangezogen. Ein solches Verfahren läßt sich besonders einfach realisieren und
benötigt nur relativ geringen Speicherplatz und Rechenkapazität. Eine solche Steuerung
bietet sich immer dann an, wenn eine der Bänke temporär oder dauerhaft einen
Hauptanteil an der Gesamtemission des Mehrzylindermotors besitzt.
Im gewichteten Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission in
jedem Abgasstrang erfaßt und mit einem Wichtungsfaktor multipliziert. Die gewichteten
Größen werden anschließend zu einem Mittelwert zusammengefaßt, und anhand des
Mittelwertes erfolgt eine synchrone Steuerung aller Bänke. Der Wichtungsfaktor kann im
einfachsten Falle nur die Anzahl der Zylinder pro Bank berücksichtigen, so daß
beispielsweise bei einem Zwölfzylindermotor - bestehend aus drei Bänken à vier
Zylinder - der Wichtungsfaktor pro Bank ein Drittel beträgt. In bevorzugter Weise wird
der Wichtungsfaktor jedoch in Abhängigkeit vom Katalysatorzustand bestimmt, so daß
beispielsweise mit fortschreitender irreversibler Schädigung eines NOx-
Speicherkatalysators der Wichtungsfaktor geringer wird, so daß zwar insgesamt die
Schadstoffemission aus einer Bank leicht ansteigen kann, aber ein
Kraftstoffmehrverbrauch infolge unnötig häufiger Regenerationen der NOx-
Speicherkatalysatoren der anderen Bänke vermieden wird. Es hat sich weiterhin als
vorteilhaft erwiesen, den Wichtungsfaktor für jede durchzuführende Prozedur gesondert
zu bestimmen.
Im interaktiven Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission in
jedem Abgasstrang erfaßt und zur synchronen Steuerung aller Bänke herangezogen. In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Modus wird ein einleitender Impuls für die NOx-
Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung gesetzt, wenn in einem
der Abgasstränge eine Notwendigkeit für diese Maßnahmen besteht. Ein beendender
Impuls für die NOx-Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung liegt
dann vor, wenn in jedem der Abgasstränge die Maßnahme beendet ist. Auf diese Weise
kann ähnlich wie im autarken Modus sichergestellt werden, daß die Maßnahmen jeweils
vollständig für jeden der Katalysatoren durchgeführt werden. Im Gegensatz zum
autarken Modus läßt sich eine solche gleichzeitige Durchführung der Maßnahmen sehr
viel einfacher realisieren und im bestehenden Motorsteuersystem integrieren und ist
daher der bevorzugte Modus bei schnell wechselnden Betriebssituationen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in
den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze für eine Steuerung eines Betriebs eines
Mehrzylindermotors nach einem autarken und einem interaktiven
Modus;
Fig. 2 einen Verlauf der Luftverhältnisse in verschiedenen Abgassträngen
des Mehrzylindermotors mit der Zeit;
Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebs des
Mehrzylindermotors in einem gewichteten Modus;
Fig. 4 einen Verlauf von Schadstoffemissionen in den Abgassträngen mit
der Zeit;
Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebs des
Mehrzylindermotors nach einem dominanten Modus und
Fig. 6 eine Ablaufdiagramm zur koordinierten Steuerung.
Die Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze einen Mehrzylindermotor 10. Der
Mehrzylindermotor 10 ist insgesamt in drei Bänke 1, 2, 3 mit jeweils vier Zylindern 50
aufgeteilt. Dem Mehrzylindermotor 10 ist eine Abgasreinigungsanlage 60 nachgeordnet.
Dabei mündet jede der Bänke 1, 2, 3 in einen zumindest zu Beginn separaten
Abgasstrang 11, 12, 13. Zur Reinigung eines Abgases, das während eines
Verbrennungsvorganges eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Bänken 1, 2, 3 entsteht,
ist in den Abgassträngen 11, 12, 13 jeweils ein NOx-Speicherkatalysator 21, 22, 23
integriert. Selbstverständlich können in den Abgassträngen 11, 12, 13 auch andere
Komponenten zur Reinigung des Abgases, wie Vorkatalysatoren und Partikelfilter,
vorhanden sein, sind hier aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit
aufgenommen worden.
Ebenso wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung einer, der
jeweiligen Abgasstränge 11, 12, 13 zugeordneten Sensorik verzichtet. Die Sensorik
umfaßt dabei beispielsweise Temperatursensoren, mit denen eine
Katalysatortemperatur oder eine Abgastemperatur erfaßt werden kann. Weiterhin kann
die Sensorik Gassensoren beinhalten, die es ermöglichen, ein Luftverhältnis stromab
und stromauf der NOx-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 oder auch einen Anteil eines
Schadstoffes am Abgas zu bestimmen. Die Gassensoren sind dann beispielsweise als
Lambdasonden oder NOx-Sensoren ausgelegt.
Ferner sind den einzelnen Bänken 1, 2, 3 Steuereinheiten zugeordnet, die von der
Sensorik bereitgestellte Signale erfassen und in Abhängigkeit von diesen Signalen
Stellgrößen für den einzelnen Bänken 1, 2, 3 zugeordnete Stellmittel ausgeben. Die
Steuereinheiten können Teil eines Steuergerätes sein, mit denen eine im folgenden
noch näher zu erläuternde koordinierte Steuerung der einzelnen Bänke 1, 2, 3
durchgeführt wird. Die Stellmittel umfassen beispielsweise separate Einspritzsysteme,
Abgasrückführeinrichtungen oder in separaten Ansaugrohren angeordnete
Drosselklappen. Auf die Darstellung der Stellmittel und des Steuergerätes
beziehungsweise der Steuereinheiten ist zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet
worden.
Ein Katalysatorzustand K der NOx-Speicherkatalysatoren 11, 12, 13 kann beispielsweise
anhand seiner Schwefelbeladung, NOx-Beladung, Katalysatortemperatur oder seines
irreversiblen Schädigungsgrades charakterisiert werden. Die notwendige Sensorik und
die entsprechenden Verfahren zur Ermittlung des Katalysatorzustandes K sind bekannt
und sollen daher an dieser Stelle nicht mehr näher erläutert werden. Bekannt sind auch
die Maßnahmen Mi, die zum optimalen und dauerhaften Betrieb der NOx-
Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 ergriffen werden müssen. So können in dem
Steuergerät Prozeduren hinterlegt werden, die zur Durchführung einer NOx-
Regeneration, einer Entschwefelung und einer Katalysatorheizung dienen. Diese
Prozeduren gehen bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Steuerung für
mehrflutige Abgasreinigungsanlagen 60 einher mit einer Änderung der Betriebsmodi der
Bänke 1, 2, 3.
Die Fig. 1 sowie die im folgenden noch näher zu erläuternden Fig. 3 und 5
beinhalten ferner ein Zeitfenster, in dem jeweils dargestellt ist, welche Maßnahmen Mi in
den einzelnen Bänken 1, 2, 3 jeweils gerade ergriffen werden. Dabei stehen Dreiecke für
ein Ende der Katalysatorheizung, Hexaeder für einen Beginn der NOx-Regeneration und
Rauten für einen Beginn der Entschwefelung. Ausgefüllte Flächen zeigen an, wann die
Maßnahmen Mi jeweils tatsächlich ergriffen wurden, während nicht ausgefüllte Zeichen
anzeigen, wann die jeweilige Maßnahme Mi in völlig autarken Bänken 1, 2, 3 ergriffen
wurde.
Die Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs des
Mehrzylindermotors 10, bei dem die Betriebsmodi jeder Bank 1, 2, 3 in Abhängigkeit von
einem Koordinationsmodus sowie dem Katalysatorzustand K und/oder einer
Schadstoffemission EM in allen Abgassträngen 11, 12, 13 durchgeführt werden können
(koordinierte Steuerung). Zunächst werden Zustands- und Betriebsparameter P des
Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate in das Steuergerät eingelesen. Die Zustands- und
Betriebsparameter P können beispielsweise einen Fahrerwunsch FW, eine Lastsituation
LS, eine NOx-Gesamtemission GE stromab aller Abgasstränge 11, 12, 13, eine NOx-
Rohemission RE des Mehrzylindermotors 10 und den Katalysatorzustand K umfassen.
Die genannten Parameter P werden beispielsweise in ein Kennfeld aufgenommen, das
der Bestimmung des Koordinationsmodus dient.
Ohne an dieser Stelle bereits näher darauf einzugehen, kann der Koordinationsmodus
ein autarker Modus A, ein dominanter Modus D, ein gewichteter Modus G oder ein
interaktiver Modus I sein. Jeder dieser Modi bestimmt, wie die erfaßten
Katalysatorzustände beziehungsweise Schadstoffemissionen zu bewerten sind. Dazu
wird jeweils ein die Maßnahme Mi einleitender beziehungsweise beendender Impuls
ermittelt. Der einleitende Impuls kann derart bestimmt werden, daß zunächst
entsprechend dem ermittelten Modus ein Kennwert KWi,b vorgegeben wird, der mit
einem Schwellenwert SWi,b verglichen wird. Übersteigt der Kennwert KWi,b den
Schwellenwert SWi,b, so wird die Maßnahme Mi initiiert. Ein Abbruch der Maßnahme Mi
erfolgt in nahezu äquivalenter Weise nach Ausgabe eines Stopimpulses. Dazu werden
Kennwerte KWi,e beziehungsweise Schwellenwerte SWi,e miteinander verglichen.
Dem Zeitfenster der Fig. 1 läßt sich sowohl der interaktive Modus I als auch der
autarke Modus A für die exemplarisch gewählten Maßnahmen Mi entnehmen. Der
autarke Modus A entspricht dabei dem nicht ausgefüllten Zeichen beziehungsweise dem
gestrichelt umrandeten ausgefüllten Zeichen. Ein solcher Modus ist immer dann
bevorzugt, wenn relativ konstante Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges vorliegen
und eine möglichst geringe Schadstoffemission erwünscht ist. Da sich ein solcher
Modus nur unter einem erheblichen Rechenaufwand mit vorhandenen
Motorsteuersystemen zur Antriebssteuerung koordinieren läßt, ist dieser Modus
besonders vorteilhaft, wenn Phasen konstanter Last vorliegen.
Im interaktiven Modus I wird der Katalysatorzustand K und/oder die Schadstoffemission
EM in jedem Abgasstrang 11, 12, 13 erfaßt und zur synchronen Steuerung aller Bänke
1, 2, 3 herangezogen. So wird beispielsweise das Katalysatorheizen erst beendet, wenn
eine Mindest-Betriebstemperatur der NOx-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 in allen
Abgassträngen 11, 12, 13 erreicht ist. Alle Maßnahmen Mi werden demzufolge
gleichzeitig in allen Bänken 1, 2, 3 eingeleitet und beendet, so daß sichergestellt werden
kann, daß zum Betrieb der Abgasreinigungsanlage 60 optimale Bedingungen herrschen.
Die Fig. 2 zeigt einen Verlauf der Luftverhältnisse in den einzelnen Abgassträngen 11,
12, 13 stromab der Katalysatoren 21, 22, 23 bei einer NOx-Regeneration. Es herrschen
in allen Bänken 1, 2, 3 magere Bedingungen. Zu einem Zeitpunkt T1 besteht eine
Regenerationsnotwendigkeit für alle drei Katalysatoren 21, 22, 23, und die
Zusammensetzung des Abgases wird entsprechend einer fetten Sollvorgabe verändert.
Während der Regeneration verharrt der Lambdawert stromab der Katalysatoren 21, 22,
23 zunächst auf einem stöchiometrischen Wert. In den Bänken 1 und 3 würde ein die
Regeneration beendender Impuls bereits zu den Zeitpunkten T2 und T3 vorliegen,
nämlich nach Erreichen eines fetten Schwellenwertes SWf. Statt aber direkt wieder in
einen Normalbetrieb überzugehen, verharren die Bänke 1 und 3 im stöchiometrischen
Betrieb, bis auch in der Bank 2 zum Zeitpunkt T4 die Regeneration abgeschlossen ist.
Die Fig. 3 zeigt unter anderem ein Zeitfenster eines gewichteten Modus G. Die nicht
ausgefüllten Zeichen der unteren drei Reihen zeigen zur Verdeutlichung wieder den
autarken Modus A, während die in der oberen Reihe aufgezeigten, ausgefüllten Zeichen
die Zeitpunkte charakterisieren, an denen die Maßnahme Mi in jeder der Bänke 1, 2, 3
ergriffen wird. Im gewichteten Modus G wird der Katalysatorzustand K und/oder die
Schadstoffemission in jedem Abgasstrang 11, 12, 13 erfaßt und mit einem
Wichtungsfaktor Fw multipliziert. Die gewichteten Größen werden anschließend gemittelt
(Mittelwert MW), wobei der Mittelwert MW dann zur Synchronsteuerung aller Bänke 1, 2,
3 herangezogen wird. Er entspricht dann jeweils den Kennwerten KWi,b
beziehungsweise KWi,e der Fig. 6.
Der Wichtungsfaktor Fw kann im einfachsten Falle bloß ein Verhältnis der Anzahl der
Zylinder 50 in den einzelnen Bänken 1, 2, 3 zueinander berücksichtigen, so daß er in
diesem Falle je ein Drittel betragen würde. Zusätzlich ist aber auch denkbar, daß er in
Abhängigkeit von Katalysatorzustand K und gegebenenfalls der jeweils
durchzuführenden Prozedur bestimmt wird. Auf diese Weise kann den tatsächlichen
Verhältnissen besonders einfach Rechnung getragen werden. Ist beispielsweise der
Katalysator 21 der Bank 1 aufgrund einer thermischen Schädigung in seiner
Speicherkapazität bereits stark eingeschränkt, so würde dies zu sehr häufigen
Regenerationen und damit erheblichen Kraftstoffmehrverbräuchen führen. In einem
solchen Fall wird sinnvollerweise der Wichtungsfaktor Fw für die Bank 1 verkleinert, so
daß der Einfluß der verbleibenden Bänke 2 und 3 größer wird.
In der Fig. 4 sind die Verläufe einer NOx-Emission in den Abgassträngen 11, 12, 13
stromab der Katalysatoren 21, 22, 23 (Kurven 76, 78, 80) und ein gemittelter Verlauf
nach dem gewichteten Modus G (Kurve 82) dargestellt. In einem autarken System
würden bereits in den Punkten T5 und T6 NOx-Regenerationsmaßnahmen eingeleitet
werden, wenn nämlich ein Schwellenwert SWR,NO für die NOx-Regeneration in der
jeweiligen Bank überschritten ist. Werden die NOx-Emissionen wie geschildert gemittelt,
wird ab einem Zeitpunkt T7 die Regeneration initiiert, auch wenn in einer der Bänke
noch NOx-Speicherkapazität vorhanden ist.
Der Fig. 5 ist ein Zeitfenster für den dominanten Modus D zu entnehmen. Im
dominanten Modus D wird der Katalysatorzustand K und/oder die Schadstoffemission
EM nur in einem der Abgasstränge 11, 12 oder 13 erfaßt und zur Synchronsteuerung
aller Bänke 1, 2, 3 herangezogen. In diesem Fall ist exemplarisch der Bank 1 eine
solche dominante Stellung eingeräumt worden. Eine solche Maßnahme kann immer
dann ergriffen werden, wenn infolge einer betriebsbedingten Situation oder durch
dauerhafte bauliche Veränderungen die Schadstoffemission der Bank 1 die der anderen
Bänke bei weitem übersteigt.
Claims (17)
1. Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Mehrzylindermotors für
Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage, die aus mindestens
zwei, einer Anzahl von Zylindern (Bank) zugeordneten Abgassträngen mit jeweils
zumindest einem NOx-Speicherkatalysator und einem Gassensor besteht, und bei
dem die Betriebsmodi jeder Bank in Abhängigkeit von einem Koordinationsmodus
sowie einem Katalysatorzustand und/oder einer Schadstoffemission in allen
Abgassträngen eingestellt werden (koordinierte Steuerung).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Koordinationsmodus einen autarken Modus (A), einen dominanten Modus (D),
einen gewichteten Modus (G) oder einen interaktiven Modus (I) umfaßt, zwischen
denen in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsparametern (P) des
Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate während des Betriebs des
Mehrzylindermotors (10) gewechselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustands- und
Betriebsparameter (P) einen Fahrerwunsch (FW), eine Lastsituation (LS), eine
NOx-Gesamtemission (GE) stromab aller Abgasstränge (11, 12, 13), eine NOx-
Rohemission (RE) des Mehrzylindermotors (10) und den Katalysatorzustand (K)
umfassen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) Prozeduren zur
Durchführung einer NOx-Regeneration, einer Entschwefelung und einer
Katalysatorheizung umfassen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Charakterisierung des Katalysatorzustandes (K) eine
Schwefelbeladung und/oder eine NOx-Beladung und/oder eine
Katalysatortemperatur und/oder ein irreversibler Schädigungsgrad und/oder eine
aktuelle NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators (11, 12, 13) im
Vergleich zu einer gemessenen oder modellierten NOx-Speicherfähigkeit eines
frischen NOx-Speicherkatalysators dient.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
autarken Modus (A) jede Bank (1, 2, 3) nur in Abhängigkeit von dem
Katalysatorzustand (K) und/oder der Schadstoffemission (EM) in dem jeweils
zugeordneten Abgasstrang (11, 12, 13) gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
dominanten Modus (D) der Katalysatorzustand (K) und/oder die
Schadstoffemission (EM) nur in einem der Abgasstränge (11, 12, 13) erfaßt und
zur synchronen Steuerung aller Bänke (1, 2, 3) herangezogen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
gewichteten Modus (G) der Katalysatorzustand (K) und/oder die
Schadstoffemission (EM) in jedem Abgasstrang stromab des zumindest einen
NOx-Speicherkatalysators (11, 12, 13) erfaßt, mit einem Wichtungsfaktor (Fw)
multipliziert, die gewichteten Größen gemittelt werden (Mittelwert MW) und
anschließend der Mittelwert (MW) zur synchronen Steuerung aller Bänke (1, 2, 3)
herangezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor
(Fw) in Abhängigkeit vom Katalysatorzustand (K) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wichtungsfaktor (Fw) für jede durchzuführende Prozedur gesondert bestimmt
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
interaktiven Modus (I) der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission
(EM) in jedem Abgasstrang (11, 12, 13) erfaßt und zur synchronen Steuerung aller
Bänke (1, 2, 3) herangezogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im interaktiven
Modus (I)
- - ein einleitender Impuls für die NOx-Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung vorliegt, wenn in einem der Abgasstränge (11, 12, 13) eine Notwendigkeit für diese Maßnahmen besteht und
- - ein beendender Impuls für die NOx-Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung vorliegt, wenn in jedem der Abgasstränge (11, 12, 13) die Maßnahme beendet ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als Gassensor ein NOx-Sensor verwendet wird, der eine
NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators erfaßt.
14. Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für
Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage, die aus mindestens
zwei, eine Anzahl von Zylindern (Bank) zugeordneten Abgassträngen mit jeweils
zumindest einem NOx-Speicherkatalysator und einem Gassensor besteht, und bei
der Mittel vorhanden sind, mit denen die Betriebsmodi jeder Bank in Abhängigkeit
von einem Koordinationsmodus sowie einem Katalysatorzustand und/oder einer
Schadstoffemission in allen Abgassträngen einstellbar sind (koordinierte
Steuerung).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel ein
Steuergerät umfassen, in dem eine Prozedur zur koordinierten Steuerung in
digitalisierter Form hinterlegt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät
Teil eines Motorsteuergerätes ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gassensor ein NOx-Sensor und/oder eine Lambdasonde ist.
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