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Dokumentenidentifikation DE60118741T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001298301
Titel Methode für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors
Anmelder Ford Global Technologies, LLC, Dearborn, Mich., US
Erfinder Moraal, Paul Eduard, 6291 VP Vaals, BE;
Kuenstler, Johannes, 52064 Aachen, DE
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60118741
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.09.2001
EP-Aktenzeichen 011229861
EP-Offenlegungsdatum 02.04.2003
EP date of grant 12.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F02D 41/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02D 41/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die eine minimale Schwellwerttemperatur für den ordnungsgemäßen Betrieb erfordert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System, das einen Verbrennungsmotor, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einen elektrischen Generator und eine Motorsteuerung umfasst.

In den letzten Jahren sind Vorschriften zum Schutz der Umwelt immer strenger geworden. Dadurch wird es für Verbrennungsmotoren immer schwieriger, die rechtlichen Auflagen durch Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu erfüllen, obgleich Dreiwegekatalysatoren, herkömmliche Oxidationskatalysatoren und Teilchenfilter heute zum Standard gehören. Insbesondere sind Dieselmotoren aufgrund von starken Emissionen von Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffen HC problematisch.

In der DE 100 01 992 A1 wird die temporäre Erhöhung der Abgastemperatur über einer Normalhöhe für die Regeneration von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen erwogen. Die Erhöhung der Abgastemperatur wird durch Anlegen zusätzlicher Lasten, insbesondere elektrischer Verbraucher, an den Verbrennungsmotor erreicht. Ebenso betrifft die EP 1 074 702 A1 die Erhöhung der Abgastemperatur über ihrer Normalhöhe für die Regeneration einer Nachbehandlungsvorrichtung durch das Anlegen zusätzlicher elektrischer Lasten, insbesondere einer Glühkerze.

Die Schrift EP 1 035 313 A2 betrifft auch den Normalbetrieb eines Verbrennungsmotors. Um die Abnahme der Abgastemperatur während Zeiträumen geringer Last oder Leerlauf zu verhindern, wird vorgeschlagen, den Motor vorübergehend zu drosseln.

In der US 5 265 418 wird ein Verfahren für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die eine minimale Betriebstemperatur erfordert, erwogen. Gemäß dem Verfahren wird die Temperatur der Abgase nach dem Anlassen des Motors durch Kopplung parasitärer elektrischer Lasten an den Motor schneller erhöht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens für die Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer Nachbehandlungsvorrichtung und mit einer Abgasrückführung, wobei das Verfahren weniger Gesamtemissionen im Betrieb erzeugt.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Motor eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst, die eine minimale Schwellwerttemperatur für den ordnungsgemäßen Betrieb erfordert. Während einer bestimmten Zeitdauer nach dem Anlassen des Motors werden die folgenden Schritte durchgeführt:

  • a) Erhöhen der elektrischen Last eines vom Motor angetriebenen elektrischen Generators;
  • b) Drosseln der Luftansaugung zur Verringerung des Ansaugkrümmerdrucks auf einen Solldruck, während die Abgasrückführung verringert oder angehalten wird.

Das vorgeschlagene Verfahren erreicht eine beträchtliche Verringerung der Emissionen des Verbrennungsmotors durch Konzentration auf die Anlassperiode des Motors. Beim Warmlaufen des Motors ist die Nachbehandlungsvorrichtung noch kalt und befindet sich deshalb nicht in ihrem optimalen Betriebsbereich oder ist überhaupt nicht betriebsfähig. Deshalb wird das Abgas im Wesentlichen unbehandelt in die Atmosphäre abgegeben. Dies führt zu hohen Emissionen beim Anlassen des Motors, was einen großen Anteil der Gesamtemissionen des Verbrennungsmotors ausmacht.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung befasst sich mit diesen Problemen und gewährleistet ein schnelleres Warmlaufen des Motors durch Durchführung der Schritte a) und b). In Schritt a) wird durch an den Generator gekoppelte Lasten zusätzliche Leistung verbraucht. Dies führt auch zu einer höheren Last für den Motor, was wiederum zu einer schnelleren Erwärmung der Abgase führt. Somit wird der Zeitraum, während dessen die Nachbehandlungsvorrichtung nicht betriebsfähig ist, verringert. Schritt b) trägt weiter zu dieser Wirkung bei, weil durch Drosseln von Luftstrom durch den Motor weniger Masse mit einer gegebenen Wärmemenge erwärmt werden muss, wodurch sich höhere Temperaturen ergeben. Des weiteren wird die Leistungsfähigkeit des Motors verringert und Pumpverluste werden erhöht, was zu einer stärkeren Wärmeerzeugung führt.

Die elektrischen Lasten, die in Schritt a) an den Generator gekoppelt werden, umfassen vorzugsweise elektrische Verbraucher, die im Fahrzeug vorhanden sind, zum Beispiel mindestens eine Glühkerze des Motors oder eine elektrische Heizvorrichtung der Kabine oder der Windschutzscheibe. Der Vorteil der Verbraucher besteht darin, dass ihr kurzfristiger Betrieb als zusätzliche Last von dem Fahrer nicht bemerkt wird.

Gemäß der Erfindung wird Abgasrückführung in Schritt b) verringert oder angehalten. Aufgrund der Verringerung des Ansaugkrümmerdrucks vergrößert sich die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Abgaskrümmer, was zu einer übermäßigen Abgasrückführung führen kann. Diese übermäßige Rückführung wird verhindert, wenn die Abgasrückführung verringert oder angehalten wird, zum Beispiel durch Schließen der jeweiligen Ventile.

Wenn im Motor eine Turbine mit variabler Geometrie vorgesehen ist, kann sie nur während des Schrittes b) ohne Rückkopplung betrieben werden. Dadurch wird eine Turboladerüberdrehzahl, die sich aus dem Drosseln des Einlasses und dem Versuch, einen gewissen Ansaugkrümmerdruck zu stabilisieren, ergeben könnte, verhindert.

Vorzugsweise wird zunächst versucht, die gewünschte Abgastemperatur allein durch Schritt a) zu erreichen. Wenn dies jedoch erfolglos ist, wird darüber hinaus Schritt b) durchgeführt. Die Entscheidung, gegebenenfalls Schritt b) mit aufzunehmen, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Abgastemperatur hinter der Nachbehandlungsvorrichtung getroffen. Somit wird Schritt b) nur durchgeführt, wenn die Abgastemperatur hinter der Nachbehandlungsvorrichtung unter einem gegebenen Schwellwert liegt.

Das Ziel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, so schnell wie möglich eine Temperatur des Abgases zu erreichen, die für ordnungsgemäßen Betrieb der Nachbehandlungsvorrichtung über der Schwellwerttemperatur liegt. Deshalb werden die Schritte a) und b) vorzugsweise angehalten, wenn die Abgastemperatur diesen Schwellwert erreicht hat, wodurch die in der Motorsonderbetriebsart der Schritte a) und b) aufgewandte Zeit begrenzt wird.

Um unerwünschte Auswirkungen der Schritte a) und b) zu vermeiden, werden diese Schritte vorzugsweise nur durchgeführt, wenn sich die Temperatur des Motors beim Anlassen in einem bestimmten Temperaturbereich befindet, das heißt nicht zu hoch und nicht zu niedrig ist.

Des Weiteren umfasst die Erfindung ein System mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einem elektrischen Generator und einer Motorsteuerung. In diesem System ist die Steuerung dazu ausgeführt, eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Solch ein System weist den Vorteil einer schnellen Aufwärmung auf, wodurch der Zeitraum im Wesentlichen ungefilterter Emissionen aufgrund einer Nachbehandlungsvorrichtung, die ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, auf ein Minimum reduziert wird.

Vorzugsweise umfasst der Verbrennungsmotor einen Dieselmotor und/oder umfasst die Nachbehandlungsvorrichtung einen Oxidationskatalysator. Derzeit geben Dieselmotoren den Großteil der CO- und HC-Emissionen beim Warmlaufen des Motors und Katalysators ab. Der Oxidationskatalysator wandelt das CO und den HC, die den Motor verlassen, nicht um, bis er eine Temperatur von ca. 200°C erreicht hat. Deshalb sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem derartigen Dieselmotor und/oder einem Oxidationskatalysator am ausgeprägtesten. Hier kann eine starke Verringerung der Gesamtemissionen über mehrere Antriebszyklen erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors gemäß den Grundzügen der vorliegenden Erfindung.

Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Abgastemperatur nach dem Anlassen des Motors schnell zu erhöhen, um die Katalysatorleistung zu verbessern. Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Implementierung beschrieben, die einen mit einem Abgasrückführungssystem (AGR-System) ausgestatteten Dieselmotor, eine Einlassluftdrossel, einen Oxidationskatalysator und einen Temperatursensor stromabwärts des Katalysators umfasst. Des Weiteren umfasst der Motor eine Motorsteuereinheit (ECU), die mit der notwendigen Software programmiert ist, um den erfindungsgemäßen Algorithmus durchzuführen. Der Algorithmus wird als Teil des Gesamtmotorsteuerkonzepts mit einer festgelegten Abtastfrequenz, zum Beispiel einmal alle 16 ms, ausgeführt.

Nach Start des Algorithmus in Block 10 initialisiert die ECU einen Zeitgeber t_start in Block 11.

Wenn die Motorkühlmitteltemperatur ECT nicht in einem kalibrierbaren Bereich (ECT_min, ECT_max) liegt, wird der Algorithmus in Block 12 beendet, um Auswirkungen auf das Fahrverhalten und die Leistung auf ein Minimum zu reduzieren.

Wenn die Motorkühlmitteltemperatur ECT in dem Bereich liegt, überprüft der Algorithmus in Block 13 die Katalysatorauslasstemperatur T_exh. wenn T_exh unter einem ersten vorbestimmten Schwellwert T_exh_min_1, zum Beispiel 200°C, liegt, werden elektrische Lasten in Block 14 eingeschaltet, um eine höhere Last an den Motor anzulegen und somit die Temperatur des den Motor verlassenden Abgases zu erhöhen. Vorzugsweise werden nur jene Lasten eingeschaltet, die von dem Fahrer nicht zu bemerken sind, wie zum Beispiel eine Windschutzscheibenheizung oder Glühkerzen.

Wenn die Abgastemperatur den ersten Schwellwert T_exh_min_1 übersteigt, werden die elektrischen Lasten wieder auf ihren voreingestellten oder vom Fahrer gewählten Wert zurückgeschaltet.

Als Nächstes überprüft der Algorithmus in Block 15, ob die Katalysatortemperatur T_exh unter einem zweiten kalibrierbaren Schwellwert T_exh_min_2, zum Beispiel 150°C, liegt. Wenn dies der Fall ist, erhöhen die zusätzlichen elektrischen Lasten nicht genug die Abgastemperatur und das Einlassdrosselmerkmal wird in Block 16 aktiviert. Im Grunde wird die Einlassdrossel dazu verwendet, den Ansaugkrümmerdruck (MAP) auf einen Solldruck, MAP_ref zu verringern, was eine Funktion von Drehzahl und Last ist. Während dieser Drosselung ist das AGR-Ventil geschlossen und die Turbine mit variabler Geometrie (VGT) wird nur ohne Rückkopplung betrieben.

Der Algorithmus wird in Block 17 oder 18 nach einem kalibrierten Zeitraum t_max beendet, weil der Algorithmus vorübergehend zu höheren Zufuhrgasemissionen führen kann und sein Betrieb deshalb auf eine festgelegte Dauer begrenzt werden sollte.

Bei einer alternativen Implementierung ohne Abgastemperatursensor werden die Überprüfungen auf T_exh_min_1 und T_exh_min_2 der Blöcke 13 und 15 nicht durchgeführt und der Algorithmus wird durchgeführt, bis der Zeitgeber t_start den maximalen Wert t_max erreicht hat.


Anspruch[de]
Verfahren für die Steuerung des Anlassens eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die eine minimale Schwellwerttemperatur für den ordnungsgemäßen Betrieb erfordert, wobei während einer bestimmten Zeitdauer nach dem Anlassen des Motors die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) Erhöhen der elektrischen Last eines vom Motor angetriebenen elektrischen Generators,

b) Drosseln der Luftansaugung zur Verringerung des Ansaugkrümmerdrucks auf einen Solldruck, während die Abgasrückführung verringert oder angehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Last des Generators mindestens eine Glühkerze des Motors umfasst. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektrische Last des Generators mindestens eine elektrische Heizvorrichtung umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Turbine mit variabler Geometrie während des Schrittes b) ohne Rückkopplung betrieben wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Schritt b) nur durchgeführt wird, wenn die Abgastemperatur hinter der Nachbehandlungsvorrichtung unter einem gegebenen Schwellwert liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Schritte a) und b) angehalten werden, wenn sich die Abgastemperatur hinter der Nachbehandlungsvorrichtung über der Schwellwerttemperatur für ordnungsgemäßen Betrieb der Nachbehandlungsvorrichtung befindet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schritte a) und b) nur durchgeführt werden, wenn sich die Temperatur des Motors in einem bestimmten Temperaturbereich befindet. System mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einem elektrischen Generator und einer Motorsteuerung, wobei die Steuerung dazu ausgeführt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen. System nach Anspruch 8, bei dem der Verbrennungsmotor einen Dieselmotor umfasst. System nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Nachbehandlungsvorrichtung einen Oxidationskatalysator umfasst.






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