DE19952829A1 - Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Katalysator - Google Patents

Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Katalysator

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Abstract

Zur Erzielung einer effizienteren Abgasnachbehandlung wird eine Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftkraftmaschine mit einem Katalysator vorgeschlagen, bei der zur Aufheizung des Katalysators an einem der Zylinder 1, 2, 3, 4 der Zündzeitpunkt Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ... in Richtung "Spät" verstellt wird und jeweils nach einem bestimmten Zeitintervall t¶int¶ an einem anderen der Zylinder 1, 2, 3, 4 der Zündzeitpunkt Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ... in Richtung "Spät" verstellt wird, bis schließlich an allen Zylindern 1, 2, 3, 4 der Brennkraftmaschine eine sukzessive Verstellung durchgeführt wurde und nach einem weiteren bestimmten Zeitintervall t¶int¶ wieder mit einer Verstellung an dem einen der Zylinder 1, 2, 3, 4 begonnen wird, bis keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr erforderlich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Katalysator, die eine Unterstützung der Akti­ vierung des Katalysators unter Beibehaltung des Motorantriebs erreicht.
Zur Einhaltung der vom Gesetzgeber geforderten immer strenger werdenden Abgasnormen ist es zwingend erforderlich, dass der Abgasreinigungskataly­ sator so früh bzw. so schnell wie möglich aktiviert wird. Denn nur wenn auch die während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine in relativ großen Mengen anfallenden Schadstoffemissionen reduziert werden, kann eine wirklich effektive Abgasreinigung durchgeführt werden.
Eine schnelle Aktivierung des Abgasreinigungskatalysators wurde in der Vergangenheit zumeist durch eine elektrische Beheizung des Katalysators, durch ein Einblasen von Sekundärluft oder aber durch eine Zündwinkelspät­ verstellung, verbunden mit einer erhöhten Drehzahl der Brennkraftmaschine verwirklicht.
So ist beispielsweise aus der vorveröffentlichten Druckschrift DE 195 34 776 A1 eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung sowie ein zugehöriges Zündzeit­ punktsteuerverfahren bekannt, wobei der Zündzeitpunkt aller Zylinder einer Brennkraftmaschine bis zu einer Grenze verzögert wird, so dass ein Schwankungszustand entweder der Motordrehzahl oder des Verbrennungs­ druckes der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten Wertes gehalten wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraft­ maschine mit einem Katalysator zu realisieren, die ebenfalls unter Beibehal­ tung des Motorantriebs mit möglichst geringer Beeinträchtigung arbeitet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Indem zur Aufheizung des Katalysators an einem der Zylinder der Zündzeit­ punkt in Richtung "Spät" verstellt wird und jeweils nach einem bestimmten Zeitintervall an einem anderen der Zylinder der Zündzeitpunkt in Richtung "Spät" verstellt wird, bis schließlich an allen Zylindern der Brennkraftmaschi­ ne eine sukzessive Verstellung durchgeführt wurde und nach einem weiteren bestimmten Zeitintervall wieder mit einer Verstellung am ersten der Zylinder begonnen wird, bis keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr erfor­ derlich ist, können die in der Kaltstartphase anfallenden Abgasemissionen auf effiziente Weise reduziert werden, ohne dass es dabei für den Betreiber der Brennkraftmaschine zu spürbaren Beeinträchtigungen der Laufruhe kommt.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerung so aus­ gelegt, dass nach dem Ablauf einer bestimmten Zeitdauer und/oder nach dem Erreichen einer bestimmten Temperatur des Katalysators keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr stattfindet. Damit wird eine Überhitzung sowie eine gegebenenfalls daraus resultierende thermische Beschädigung des Katalysators vermieden.
Vorteilhaft ist das bestimmte Zeitintervall zwischen der Verstellung des Zündzeitpunktes an einem der Zylinder und der darauf folgenden Verstellung des Zündzeitpunktes an einem anderen der Zylinder frei wählbar. Durch die freie Wahl des Zeitintervalls bei der sukzessiven Versteilung der Zündzeit­ punkte ist der Abgastemperaturgradient und somit das Aufheizverhalten des Katalysators genauestens dosierbar. Dies ist insbesondere bei Wiederhol­ starts der Brennkraftmaschine von großer Bedeutung, da der Katalysator in diesen Fällen meist eine erhöhte Ausgangstemperatur besitzt, die bei einer wiederholten Aufheizung des Katalysators entsprechend berücksichtigt wer­ den muss.
Besonders vorteilhaft entspricht das bestimmte Zeitintervall einer Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen oder Zündungen pro Zylinder. Damit kann das vorgegebene Zeitintervall unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftma­ schine angegeben werden und ist die Steuerung der Aufheizung des Kataly­ sators mittels dieser ohnehin von der Motorsteuerung erfassten Parameter Kurbelwellenumdrehungen oder Zündungen auf besonders elegante Weise realisierbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zündzeitpunkte an den Zylindern in Abhängigkeit von deren Zündfolge nacheinander verstellt. Denn dadurch sind die Zeitintervalle zwischen den aufeinander folgenden Verstellungen der Zündzeitpunkte jeweils gleich groß, was sich auf die Lauf­ ruhe der Brennkraftmaschine besonders positiv auswirkt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Versteilung des Zündzeit­ punktes innerhalb eines Bereiches von ca. 20 bis 120 Grad Kurbelwellen­ winkel nach dem oberen Totpunkt liegt. Denn in diesem Bereich kann die in die Zylinder eingebrachte Kraftstoffmenge mit einem optimalen Wirkungs­ grad in Wärmeenergie umgesetzt werden und kann somit eine besonders wirksame Aufheizung des Katalysators erreicht werden.
Bevorzugt wird an einem der Zylinder zusätzlich zum Zündzeitpunkt auch der Einspritzzeitpunkt der Zylinder in Richtung "Spät" verstellt. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades, mit dem der eingebrachte Kraftstoff in Wärmeenergie umgesetzt wird. Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Verstellung des Einspritzzeitpunktes inner­ halb eines Bereiches von ca. 25 bis 160 Grad Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt.
Besonders bevorzugt werden die Zündzeitpunkte und die Einspritzzeitpunkte der Zylinder dabei um unterschiedliche Werte in Richtung "Spät" verstellt. Denn auf diese Weise können die verstellten Zündzeitpunkte und die ver­ stellten Einspritzzeitpunkte der Zylinder jeweils so gewählt werden, dass während der Aufheizphase des Katalysators bei optimaler Laufruhe der Brennkraftmaschine nur geringe Abgasemissionen entstehen.
Die Zündzeitpunkte und/oder die Einspritzzeitpunkte der während der Zeit­ intervalle nicht verstellten Zylinder können darüber hinaus an die jeweiligen Leistungsanforderungen und Laufruheanforderungen der Brennkraftmaschi­ ne angepasst werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass selbst in kriti­ schen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine keine unerwünscht starken Schwankungen der Leistung und keine unerwünscht großen Einbußen der Laufruhe auftreten.
Außerdem können während der Aufheizung des Katalysators die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine begrenzt sein. Dies ist im Hinblick auf eine günstige Lastannahme der Brennkraftmaschine empfehlenswert.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Zeichnungsfigur näher erläutert:
Die Figur zeigt ein Steuerungsschema für die Aufheizung des Katalysators einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit insgesamt vier Zylindern 1, 2, 3, 4, die in der Zündfolge I-III-IV-II arbeiten.
Die Verstellung der Zündzeitpunkte Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ... und der Einspritz­ zeitpunkte Ea, Eb, Ec, Ed, Ee, ... beginnt, indem während des ersten Zyklus­ ses a zunächst am ersten Zylinder 1 eine Verstellung des Zündzeitpunktes Za und des Einspritzzeitpunktes Ea derart erfolgt, dass der Zündzeitpunkt Za' in einem Bereich von ca. 20 bis 120 Grad Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt liegt und dass der Einspritzzeitpunkt Ea' in einem Bereich von ca. 25 bis 160 Grad Kurbelweüenwinkel vor dem oberen Totpunkt liegt. Die Zündzeitpunkte Za und Einspritzzeitpunkte Ea der sich in der Zündfolge I-III-IV-II anschließenden Zylinder 3, 4 und 2 des ersten Zyklus a werden daraufhin unverändert beibehalten.
Im zweiten Zyklus b werden auch der Zündzeitpunkt Zb und der Einspritz­ zeitpunkt Eb des ersten Zylinders 1 wieder unverändert beibehalten. Dage­ gen sind der Zündzeitpunkt Zb und der Einspritzzeitpunkt Eb des sich in der Zündfolge anschließenden Zylinders 3 jeweils um definierte Werte ΔZ und ΔE in Grad Kurbelwellenwinkel in Richtung "Spät" nach Zb' und Eb' verstellt, wobei zwischen dem Zündzeitpunkt Za und dem Einspritzzeitpunkt Ea des ersten Zylinders 1 und dem Zündzeitpunkt Zb und dem Einspritzzeitpunkt Eb des dritten Zylinders 3 ein bestimmtes Zeitintervall tint liegt, das im vorliegen­ den Fall zweieinhalb Kurbelwellenumdrehungen oder fünf Zündungen ent­ spricht.
Im nächsten Zyklus c findet nach dem erneuten Einhalten des bestimmen Zeitintervalls tint die Verstellung des Zündzeitpunktes Zc und des Einspritz­ zeitpunktes Ec am Zylinder 4 nach Zc' und Ec' statt.
Im darauffolgenden Zyklus d findet nach dem weiteren Einhalten des be­ stimmten Zeitintervalls tint die Verstellung des Zündzeitpunktes Zd und des Einspritzzeitpunktes Ed an dem in der Zündfolge I-III-IV-II letzten Zylinder 2 nach Zd' und Ed' statt.
Und im weiteren Zyklus e findet schließlich keine Verstellung der Zündzeit­ punkte Ze und der Einspritzzeitpunkte Ee statt, damit das Zeitintervall tint er­ neut eingehalten werden kann.
Nach insgesamt zehn Kurbelwellenumdrehungen oder zwanzig Zündungen ist die sukzessive Verstellung der Zündzeitpunkte Za, Zb, Zc, Zd, Ze und der Einspritzzeitpunkte Ea, Eb, Ec, Ed, Ee aller vier Zylinder 1, 2, 3 und 4 abge­ schlossen und kann während des sich daran anschließenden neuen Zyklus­ ses wieder mit einer Verstellung der Zündzeitpunkte Zf und der Einspritzzeit­ punkte Ef am ersten Zylinder 1 nach Zf' und Ef' begonnen werden.
Die Aufheizung des Katalysators wird durch weitere sukzessive Verstellun­ gen der Zündzeitpunkte und der Einspritzzeitpunkte schließlich so lange fortgesetzt, bis eine vorgegebene Zeitdauer tdau abgelaufen ist oder bis eine festgelegte Temperatur T des Katalysators erreicht ist - also bis der Kataly­ sator seine Anspringtemperatur erreicht hat - und keine weitere Aufheizung mehr erforderlich ist.
Das dargestellte Steuerungsschema kann natürlich auch auf eine nicht di­ rekteinspritzende Brennkraftmaschine übertragen werden, wobei die Aufhei­ zung des Katalysators dann eben allein mittels einer sukzessiven Verstellung der Zündzeitpunkte an den Zylindern bewirkt wird.

Claims (12)

1. Steuerung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Ka­ talysator, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufheizung des Katalysators an einem der Zylinder (1, 2, 3, 4) der Zündzeitpunkt (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) in Richtung "Spät" verstellt wird und jeweils nach einem bestimmten Zeitintervall (tint) an einem anderen der Zylinder (1, 2, 3, 4) der Zündzeitpunkt (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) in Richtung "Spät" verstellt wird, bis schließlich an allen Zylindern (1, 2, 3, 4) der Brennkraftmaschine eine sukzessive Verstellung durchgeführt wurde und nach einem weiteren bestimmten Zeitintervall (tint) wieder mit einer Verstellung an dem einen der Zylinder (1, 2, 3, 4) begonnen wird, bis keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr erforderlich ist.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (tdau) keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr stattfindet.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur (T) des Kataly­ sators keine weitere Aufheizung des Katalysators mehr stattfindet.
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass das bestimmte Zeitintervall (tint) zwischen der Verstellung des Zündzeitpunktes (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) an einem der Zylinder (1, 2, 3, 4) und der darauf folgenden Verstellung des Zündzeitpunktes (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) an einem anderen der Zylinder (1, 2, 3, 4) frei wählbar ist.
5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das be­ stimmte Zeitintervall (tint) einer Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen oder Zündungen pro Zylinder (1, 2, 3, 4) entspricht.
6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zündzeitpunkte (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) an den Zylindern (1, 2, 3, 4) in Abhängigkeit von deren Zündfolge (I-III-IV-II) nacheinan­ der verstellt werden.
7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verstellung des Zündzeitpunktes (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) der Zylinder (1, 2, 3, 4) innerhalb eines Bereiches von ca. 20 und 120 Grad Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt liegt.
8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, dass zusätzlich zum Zündzeitpunkt (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) auch der Einspritzzeitpunkt (Ea, Eb, Ec, Ed, Ee, ...) der Zylinder (1, 2, 3, 4) in Richtung "Spät" verstellt wird.
9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver­ stellung des Einspritzzeitpunktes (Ea, Eb, Ec, Ed, Ee, ...) der Zylinder (1, 2, 3, 4) innerhalb eines Bereiches von ca. 25 und 160 Grad Kurbel­ wellenwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt liegt.
10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zündzeitpunkte (Za, Zb, Zc, Ze, Zd...) und die Einspritz­ zeitpunkte (Za, Zb, Zc, Zd, Ze...) der Zylinder (1, 2, 3, 4) um unter­ schiedliche Werte (ΔZ, ΔE) in Richtung "Spät" verstellt werden.
11. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zündzeitpunkte (Za, Zb, Zc, Zd, Ze, ...) und/oder die Ein­ spritzzeitpunkte (Ea, Eb, Ec, Ed, Ee, ...) der während der Zeitintervalle (tint) nicht verstellten Zylinder (1, 2, 3, 4) an die jeweiligen Leistungs­ anforderungen und Laufruheanforderungen der Brennkraftmaschine angepasst werden.
12. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, dass während der Aufheizung des Katalysators die Last und die Drehzahl der Brennkraftmaschine begrenzt sind.
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