[0001] 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.
[0002] Mehrzytindermotoren werden häufig in Untereinheiten aufgeteilt, die jeweils eine
Anzahl von Zylindern (Bank) zusammenfassen. So kann beispielsweise ein Zwölfzytindermotor
in drei Bänke ä 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 Reduktionskatatysatoren
zur Reduzierung von Stickoxiden NO
x.
[0003] Weiterhin können jeder Bank Stellmittel zugeordnet werde, 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.
[0004] Ist jeweils in den Abgassträngen der Abgasreinigungsanlage ein NO
x-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 NO
x-Speicherkatalysators bekannt. So ist im Magerbetrieb, insbesondere im verbrauchsoptimierten
Bereich für Ottomotoren bei Lambda zirka 1,1, eine NO
x-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 NO
x in einer NO
x-Speicherkomponente des Katalysators als Nitrat absorbiert, und zwar solange, bis
entweder eine NO
x-Speicherfähigkeit erschöpft oder eine Desorptionstemperatur überschritten wird. Vor
diesem Zeitpunkt muß daher nach Möglichkeit eine NO
x-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 NO
x-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.
[0005] Aus
US 5,586,432 A ist ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffabschaltung im Leerlaufbetrieb einer
Mehrzylindermotors mit einer zweisträngigen Abgasanlage bekannt. Dabei wird, um eine
übermäßige Abkühlung der Katalysatoren in einem abgeschalteten Strang zu vermeiden,
die Kraftstoffabschaltung alternierend in den beiden Bänken durchgeführt, wobei die
Kraftstoffabschaltung von einer Bank auf die andere wechselt, wenn die Katalysatortemperatur
in dem gerade abgeschalteten Strang unter einen Grenzwert fällt.
[0006] 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.
[0007] 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 Betriebsmodi der Bänke gemäß einem Koordinationsmodus
in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand und/oder einer Schadstoffemission der
Abgasstränge eingestellt, wobei der Koordinationsmodus in Abhängigkeit von Zustands-
und Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate gewählt wird aus zumindest
zwei der Modi gewählt wird: dominanter Modus, interaktiver Modus, gewichteter Modus
und autarker Modus, die im Einzelnen weiter unten dargestellt sind. 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.
[0008] Zwischen den Koordinationsmodikann bevorzugt in Abhängigkeit von den Zustands- und
Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate während des Betriebs des
Mehrzylindermotors gewechselt werden. Die Zustands- und Betriebsparameter können vorzugsweise
einen Fahrerwunsch, eine Lastsituation, eine NO
x-Gesamtemission stromab aller Abgasstränge, eine NO
x-Rohemission des Mehrzylindermotors und den Katalysatorzustand umfassen, so daß beispielsweise
mit einem komplexen Kennfeld eine betriebssituationsoptimierte Wahl des Koordinationsmodus
ermöglicht wird.
[0009] Ferner ist es bevorzugt, den Katalysatorzustand in Form einer Schwefelbeladung und/oder
einer NO
x-Beladung und/oder einer Katalysatortemperatur zu charakterisieren. Denkbar ist auch,
den Katalysatorzustand anhand eines Vergleichs einer aktuellen NO
x-Speicherfähigkeit des NO
x-Speicherkatalysators mit einer gemessenen oder modellierten NO
x-Speicherfähigkeit eines frischen NO
x-Speicherkatalysators abzuschätzen. Die Betriebsmodi der Bänke umfassen vorzugsweise
Prozeduren zur Durchführung einer NO
x-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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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 Zwöifzylindermotor - 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 NO
x-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 NO
x-Speicherkatalysatoren der anderen Bänke vermieden wird. Es hat sich weiterhin alsvorteilhaft
erwiesen, den Wichtungsfaktor für jede durchzuführende Prozedur gesondert zu bestimmen.
[0013] 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
NO
x-Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung gesetzt, wenn in einem
der Abgasstränge eine Notwendigkeit für diese Maßnahmen besteht. Ein beendender Impuls
für die NO
x-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.
[0014] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, In
den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
[0015] Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Prinzipskizze für eine Steuerung eines Betriebs eines Mehrzylindermotors nach
einem autarken und einem interaktiven Modus;
- Figur 2
- einen Verlauf der Luftverhältnisse in verschiedenen Abgassbängen des Mehrzylindermotors
mit der Zeit;
- Figur 3
- eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebs des Mehrzylindermotors in einem gewichteten
Modus;
- Figur 4
- einen Verlauf von Schadstoffemissionen in den Abgassträngen mit der Zeit;
- Figur 5
- eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebes des Mehrzylindermotors nach einem dominanten
Modus und
- Figur 6
- eine Ablaufdiagramm zur koordinierten Steuerung.
[0016] Die Figur 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 NO
x-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.
[0017] 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 NO
x-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 oder auch einen Abteil eines Schadstoffes am Abgas
zu bestimmen. Die Gassensoren sind dann beispielsweise als Lambdasonden oder NO
x-Sensoren ausgelegt.
[0018] 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.
[0019] Ein Katalysatorzustand K der NO
x-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 kann beispielsweise anhand seiner Schwefelbeladung,
NO
x-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 NO
x-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 ergriffen werden müssen. So können in dem Steuergerät
Prozeduren hinterlegt werden, die zur Durchführung einer NO
x-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.
[0020] Die Figur 1 sowie die im folgenden noch näher zu erläuternden Figuren 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 NO
x-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.
[0021] Die Figur 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 NO
x-Gesamtemission GE stromab aller Abgasstränge 11, 12, 13, eine NO
x-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.
[0022] 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 M
i einleitender beziehungsweise beendender Impuls ermittelt. Der einleitende Impuls
kann derart bestimmt werden, daß zunächst entsprechend dem ermittelten Modus ein Kennwert
KW
i,b vorgegeben wird, der mit einem Schwellenwert SW
i,b verglichen wird. Übersteigt der Kennwert KW
i,b den . Schwellenwert SW
i,b, so wird die Maßnahme M
i initiiert. Ein Abbruch der Maßnahme M
i erfolgt in nahezu äquivalenter Weise nach Ausgabe eines Stopimpulses. Dazu werden
Kennwerte KW
i,e beziehungsweise Schwellenwerte SW
i,e miteinander verglichen.
[0023] Dem Zeitfenster der Figur 1 läßt sich sowohl der interaktive Modus I als auch der
autarke Modus A für die exemplarisch gewählten Maßnahmen M
i 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.
[0024] 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 NO
x-Speicherkatalysatoren 21, 22, 23 in allen Abgassträngen 11, 12, 13 erreicht ist.
Alle Maßnahmen M
i 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.
[0025] Die Figur 2 zeigt einen Verlauf der Luftvefiältnisse in den einzelnen Abgassträngen
11, . 12, 13 stromab der Katalysatoren 21, 22, 23 bei einer NO
x-Regeneration. Es herrschen in allen Bänken 1, 2, 3 magere Bedingungen. Zu einem Zeitpunkt
T
1 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 T
2 und T
3 vorliegen, nämlich nach Erreichen eines fetten Schwellenwertes SW
f. 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 T
4 die Regeneration abgeschlossen ist.
[0026] Die Figur 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 M
i in jeder der Bänke 1, 2, 3 ergriffen wird. Im gewichteten Modus G wird der Katalysatorzustand
K und/oder die Sctiadstoffemission in jedem Abgasstrang 11, 12, 13 erfaßt und mit
einem Wichtungsfaktor F
W 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 KW
i,b beziehungsweise KW
i,e der Figur 6.
[0027] Der Wichtungsfaktor F
W 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 F
W für die Bank 1 verkleinert, so daß der Einfluß der verbleibenden Bänke 2 und 3 größer
wird.
[0028] In der Figur 4 sind die Verläufe einer NO
x-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 T
5 und T
6 NO
x-Regenerationsmaßnahmen eingeleitet werden, wenn nämlich ein Schwellenwert SW
R,
NO für die NO
x-Regeneration in der jeweiligen Bank überschritten ist. Werden die NO
x-Emissionen wie geschildert gemittelt, wird ab einem Zeitpunkt T
7 die Regeneration initiiert, auch wenn in einer der Bänke noch NO
x-Speicherkapazität vorhanden ist.
[0029] Der Figur 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.
1. Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Mehrzylindermotors (10) für Kraftfahrzeuge
mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage (60), die aus mindestens zwei Abgassträngen
(11, 12, 13) besteht, welche jeweils einer eine Anzahl von Zylindern (50) aufweisenden
Bank (1, 2, 3) zugeordnet sind, wobei jeder Abgasstrang (11, 12, 13) jeweils zumindest
einen NO
x-Speicherkatalysator (21, 22, 23) und einen Gassensor umfasst, und bei dem Betriebsmodi
der Bänke (1, 2, 3) gemäß einem Koordinationsmodus in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand
(K) und/oder einer Schadstoffemission (EM) der Abgasstränge (11, 12, 13) eingestellt
werden, wobei der Koordinationsmodus in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsparametern
(P) des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate aus den folgenden Modi gewählt wird:
- einem dominanten Modus (D), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission
(EM) nur eines Abgasstrangs (11, 12, 13) erfasst wird und alle Bänke (1, 2, 3) in
Abhängigkeit hiervon synchron gesteuert werden,
- einem interaktiven Modus (I), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission
(EM) sämtlicher Abgasstränge (11, 12, 13) erfasst wird und alle Bänke (1, 2, 3) in
Abhängigkeit hiervon synchron gesteuert werden,
- einem gewichteten Modus (G), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission
(EM) sämtlicher Abgasstränge (11, 12, 13) erfasst, mit einem Wichtungsfaktor (FW) multipliziert und die gewichteten Größen zu einem Mittelwert (MW) gemittelt werden
und sämtliche Bänke (1, 2, 3) in Abhängigkeit des Mittelwerts (MW) synchron gesteuert
werden, oder
- einem autarken Modus (A), bei dem jede Bank (1, 2, 3) nur in Abhängigkeit des Katalysatorzustands
(K) und/oder der Schadstoffemission (EM) des jeweils zugeordneten Abgasstrangs (11,
12, 13) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Koordinationsmodi in Abhängigkeit von den Zustands- und Betriebsparametern
(P) des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate während des Betriebs des Mehrzylindermotors
(10) gewechselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 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 gekenntzeichnet, 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-Speichedähigkeit des NOx-Speicherkatalysators (21, 22, 23) 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 gewichteten Modus (G) der Kataiysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission
(EM) in jedem Abgasstrang stromab des zumindest einen NOx-Speicherkatalysators (21, 22, 23) erfasst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im gewichteten Modus (G) der Wichtungsfaktor (Fw) in Abhängigkeit vom Katalysatorzustand
(K) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im gewichteten Modus (G) der Wichtungsfaktor (Fw) für jede durchzuführende Prozedur
gesondert bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
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.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gassensor ein NOx-Sensor verwendet wird, der eine NOx-Emission stromab des NOx-Speicherkatalysators (21, 22, 23) erfasst.
11. Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors (10) für Kraftfahrzeuge
mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage (60), die aus mindestens zwei Abgassträngen
(11, 12, 13) besteht, welche jeweils einer eine Anzahl von Zylindern (50) aufweisenden
Bank (1, 2, 3) zugeordnet sind, wobei jeder Abgasstrang jeweils zumindest einen NOx-Speicherkatalysator (21, 22, 23) und einen Gassensor umfasst, und bei der Mittel
vorhanden sind, mit denen Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) nach einem Verfahren gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 10 einstellbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel ein Steuergerät umfassen, in dem eine Prozedur zur koordinierten Steuerung
in digitalisierter Form hinterlegt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät Teil eines Motorsteuergerätes ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor ein NOx-Sensor und/oder eine Lambdasonde ist.
1. Method for controlling operation or a multi-cylinder engine (10) for motor vehicles
having a multi-channel exhaust-gas purification system (60) which is composed of at
least two exhaust sections (11, 12, 13) which are assigned to in each case one bank
(1, 2, 3) which has a number of cylinders (50), with each exhaust section (11, 12,
13) comprising in each case at least cue No, storage catalytic converter (21, 22,
23) and a gas sensor, and in which method operating modes or the banks (1, 2, 3) are
set according to a coordination mode as a function or a catalytic converter state
(K) and/or a pollutant emission (EM) of the exhaust sections (11, 12, 13), with the
coordination mode being selected as a function of stare and operating parameters (P)
of the motor vehicle and its assemblies from the following modes:
- a dominant mode (D) in which the catalytic converted state (K) and/or the pollutant
emission (EM) of only one exhaust section (11, l2, 13) is detected and all the banks
(1, 2, 3) are controlled synchronously as a function thereof,
- an interactive mode (I) in which the catalytic converter state (K) and/or the pollutant
emission (EM) of all the exhaust sections (11, l2, 13) is detected and all the banks
(1, 2, 3) are controlled synchronously as a function thereof,
- a weighted mode (G) in which the catalytic converter stare (K) and/or the pollutant
emission (EM) of all the exhaust sections (11, 12, 13) is detected and multiplied
by a weighting factor (FW) and the weighted values are averaged to form a mean value (MW), and all the banks
(1, 2, 3) are controlled synchronously as a function of the mean value (MW), or
- a self-sufficient mode (A) in which each Lank (1, 2, 3) is controlled only as a
function of the catalytic converter stare (K) and/or the pollutant emission (EM) of
the respectively associated exhaust suction (11, 12, 13).
2. Method according to Claim 1, characterized in that switching between the coordination modes takes place during the operation of the
multi-cylinder engine (10) as a function of the state and operating parameters (P)
of the motor vehicle and its assemblies.
3. Method according to Claim 1 or 2. characterized in that the state and operating parameters (P) include a driver demand (FW), a load situation
(LS), a NOX overall emission (GE) downstream of all the exhaust sections (11, 12, 13), a NOX untreated emission (RE) of the multi-cylinder engine (10), and the catalytic converter
state (K).
4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating modes of the banks (1, 2, 3) include procedures for carrying out a
NOX regeneration, a desulphurization and catalytic converter heating.
5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic converter state (K) is characterized by a sulphur loading and/or a NOX loading and/or a catalytic converter temperature and/or an irreversible degree of
damage and/or a present NOX storage capability of the NOx storage catalytic converter (21, 22, 23) compared to a measured or modelled NOX storage capability of a fresh NOX storage catalytic converter.
6. Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that, in the weighted mode (G), the catalytic converter state (K) and/or the pollutant
emission (EM) in each exhaust section downstream of the at least one NOX storage catalytic converter (21, 22, 23) is detected.
7. Method according to one of the preceding claims, characterised in that, in the weighted mode (G), the weighting factor (Fw) is determined as a function
of the catalytic converter state (K).
8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the weighted mode (G), the weighting factor (Fw) is determined separately for
each procedure to be carried out.
9. Method according to one of the preceding claims,
characterized in that, in the interactive mode (I),
- an initiating impasse for the NOX regeneration, the desulphurization or the catalytic converter heating is present
if a need for these measures exists in one of the exhaust sections (11, 12, 13), and
- an ending impulse for the NOx regeneration, the desulphurization or the catalytic converter healing exists it the
measure is ended in each of the exhaust sections (11, 12, 13).
10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that, as a gas sensor, use is made of a NOx sensor which detects a NOx emission downstream of the NOx storage catalytic converter (21, 22, 23).
11. Device for controlling operation of a multi-cylinder engine (10) for motor vehicles
having a multi-channel exhaust-gas purification system (60) which is composed of at
least two exhaust sections (11, 12, 13) which are assigned to in each case one bank
(1, 2, 3) which has a number of cylinders (50), with each exhaust section comprising
in each case at least one NOx storage catalytic converter (21, 22, 23) and a qas sensor, and in which device means
are provided with which operating modes of the banks (1, 2, 3) can be set according
to a method according to one of Claims 1 to 10.
12. Device according to Claim 11, characterized in that said means comprise a control unit in which a procedure for coordinated control is
stored in digitalized form.
13. Device according 10 Claim 12, characterised in that the control 1 unit is part of an engine control unit.
14. Device according to one of Claims 11 to 13, characterized in that the gas sensor is a NOx sensor and/or a lambda probe.
1. Procédé pour commander un fonctionnement d'un moteur a plusieurs cylindres (10) pour
véhicules automobiles comprenant un équipement de purification des gaz d'échappement
(60) à plusieurs flux, lequel se compose d'au moins deux branches a gaz d'échappement
(11, 12, 13) auxquelles est à chaque fois associé un bloc (1, 2, 3) qui présente une
pluralité de cylindres (50), chaque branche à gaz d'échappement (11, 12, 13) incluant
à chaque fois au moins un catalyseur à accumulation de NOx (21, 22, 23) et un détecteur
de gaz, et selon lequel les modes de fonctionnement des blocs (1, 2, 3) sont réglés
conformément à un mode de coordination en fonction d'un état de catalyseur (K) et/ou
d'une émission de substances nocive (EM) des branches à gaz d'échappement (11, 12,
13), le mode de coordination étant sélectionné en fonction de paramètres d'état et
de fonctionnement (P) du véhicule automobile et de ses groupes parmi les modes suivants
:
- un mode dominant (D) avec lequel l'état du catalyseur (K) et/ou l'émission de substances
nocives (EM) d'une seule branche à gaz d'échappement (11, 12, 13) est détecté et tous
les blocs (1, 2, 3) sont commandés de manière synchrone en fonction de celui-ci,
- un mode interactif (1) avec lequel l'état du catalyseur (K) et/ou l'émission de
substances nocives (EM) ce toutes les branches à gaz d'échappement (11, 12, 13) est
détecté et tous les blocs (1, 2, 3) sont commandés de manière synchrone en fonction
de celui-ci,
- un mode pondéré (G) avec lequel l'état du catalyseur (K) et/ou l'émission de substances
nocives (EM) de toutes les branches à gaz d'échappement (11, 12, 13) est détecté,
multiplié par un facteur de pondération (FW) et les grandeurs pondérées sont moyennées en une valeur moyenne (MW) et tous les
blocs (1, 2, 3) sont commandés de manière synchrone en fonction de la valeur moyenne
(MW), ou
- un mode autosuffisant (A) avec lequel chaque bloc (1, 2, 3) n'est commandé qu'en
fonction de l'état du catalyseur (K) et/ou de l'émission de substances nocives (EM)
de la branche à gaz d'échappement (11, 12, 13) qui lui est respectivement associée.
2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode de coordination change pendant le fonctionnement du moteur à plusieurs cylindres
(10) en fonction des paramètres d'état et de fonctionnement (P) du véhicule automobile
et de ses groupes.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les paramètres d'état et de fonctionnement (P) englobent un souhait du conducteur
(FW), une situation de charge (LS), une émission totale de NOx (GE) en aval de toutes
les branches a gaz d'échappement (11, 12, 13), une émission brute de NOx (RE) du moteur
à plusieurs cylindres (10) et l'état du catalyseur (K).
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérise en ce que les modes de fonctionnement des blocs (1, 2, 3) comprennent des procédures pour exécuter
une régénération des NOx, une désulfuration et un chauffage du catalyseur.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une charge en soufre et/ou une charge en NOx et/ou une température du catalyseur et/ou
un degré de détérioration irréversible et/ou une capacité d'accumulation de NOx actuelle
du catalyseur à accumulation de NOx (21, 22, 23) par rapport à une capacité d'accumulation
de NOx mesurée ou modélisée d'un catalyseur à accumulation de NOx neuf sert à la caractérisation
de l'état du catalyseur (K).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérise en ce qu'en mode pondéré (G), l'état du catalyseur (K) et/ou l'émission de substances nocives
(EM) dans chaque branche à gaz d'échappement est détecté en aval de l'au moins un
catalyseur à accumulation de NOx (21, 22, 23).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérise en ce qu'en mode pondéré (G), le facteur de pondération (FW) est déterminé en fonction de l'état du catalyseur (K).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en mode pondéré (G), le facteur de pondération (FW) est déterminé séparément pour chaque procédure à accomplir.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'en mode interactif (I),
- une impulsion d'amorçage pour la régénération des NOx, la désulfuration ou le chauffage
du catalyseur est présente lorsque ces mesures sont nécessaires dans l'une des branches
a gaz d'échappement (11, 12, 13), et
- une impulsion de terminaison pour la régénération des NOx, la désulfuration ou le
chauffage du catalyseur est présente lorsque cette mesure est terminée dans chacune
des branches à gaz d'échappement (11, 12, 13).
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur de gaz utilise est un détecteur de NOx qui détecte une émission de NOx
en aval du catalyseur à accumulation de NOx (21, 22, 23).
11. Dispositif pour commander un fonctionnement d'un moteur à plusieurs cylindres (10)
pour véhicules automobiles comprenant un équipement de purification des gaz d'échappement
(60) à plusieurs flux, lequel se compose d'au moins deux branches à gaz d'échappement
(11, 12, 13) auxquelles est à chaque fois associé un bloc (1, 2, 3) qui présente une
pluralité de cylindres (50), chaque branche à gaz d'échappement (11, 12, 13) incluant
à chaque fois au moins une catalyseur à accumulation de NOx (21, 22, 23) et un détecteur
de gaz, et avec lequel il existe des moyens qui permettent de régler les modes de
fonctionnement des blocs (1, 2, 3) conformément à un procédé selon l'une des revendications
1 à 10.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens incluent un nodule de commande dans lequel est enregistrée sous forme
numérique une procédure de commande coordonnée.
13. Dispositif selon à revendication 12, caractérisé en ce que le module de commande est une partie d'un nodule de commande de moteur.
14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérise en ce que le détecteur de gaz est un détecteur de NOx et/eu une sonde Lambda.