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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONTROLLING A WORKING MODE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/077430
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a temperature of a catalyst system (14, 16) located in an exhaust duct (12) of an internal combustion engine (10) in a motor vehicle. Said system comprises at least one primary catalyst (16), in particular an NO¿X? storage catalyst and optionally one or more pre-catalysts (14). According to the invention, at one point during operation, at which the torque desired by the driver is less than an overrun torque of the vehicle (overrun phase $g(t)¿S?), an overrun shut-off can be suppressed by supplying the internal combustion engine (10) with an air-fuel ratio ($g(l)) that is less than or equal to 1.1.

Inventors:
POTT EKKEHARD (DE)
ZILLMER MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/001075
Publication Date:
October 03, 2002
Filing Date:
February 01, 2002
Export Citation:
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Assignee:
VOLKSWAGEN AG (DE)
POTT EKKEHARD (DE)
ZILLMER MICHAEL (DE)
International Classes:
B01D53/94; F01N3/08; F02P5/15; F01N3/20; F01N3/24; F01N3/28; F02D41/02; F02D41/12; F02D41/22; F02D43/00; F02D45/00; (IPC1-7): F02D41/12; F02D41/02
Foreign References:
EP0890724A21999-01-13
DE4329916A11995-03-09
DE19630944A11997-02-06
US5570575A1996-11-05
Attorney, Agent or Firm:
Schneider, Henry (Anwaltskanzlei Gulde Hengelhaupt Ziebig & Schneider Schützenstrasse 15-17 Berlin, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Steuerung einer Temperatur eines in einem Abgaskanal (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysator systems (14,16), bestehend aus mindestens einem Hauptkatalysator (16) und gegebenenfalls einem oder mehreren Vorkatalysatoren (14), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebspunkt, bei dem ein durch einen Fahrer angefordertes Fahrwunschmoment kleiner als ein Schubmoment des Fahrzeuges ist (Schubphase Is), eine Schubabschaltung durch Beaufschlagung der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem LuftKraftstoffVerhältnis (.) kleiner oder gleich 1,1 unterdrückbar ist.
2. Verfahren zur Steuerung einer Temperatur eines in einem Abgaskanal (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysator systems (14,16), bestehend aus mindestens einem Hauptkatalysator (16) und gegebenenfalls einem oder mehreren Vorkatalysatoren (14), dadurch gekennzeichnet, dass (a) in einem Betriebspunkt, bei dem ein durch einen Fahrer angefordertes Fahrwunschmoment kleiner als ein Schubmoment des Fahrzeuges ist (Schubphase, Is), eine Schubabschaltung durch Beaufschlagung der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem LuftKraftstoffVerhältnis (X) kleiner oder gleich eins unterdrückbar ist und (b) die Unterdrückung der Schubabschaltung und/oder das LuftKraftstoffVerhältnis (X) während der Schubphase (Is) und/oder eine maximal zulässige Temperaturvorgabe (Tmax) für das Abgas und/oder das Katalysatorsystem (14,16) während der Schubphase in Abhängigkeit von einer Abweichung (Av) einer IstFahrzeug geschwindigkeit (vl5,) und/oder IstFahrzeugbeschleunigung von einer, entsprechend einem aktuellen Motormoment in der Ebene zu erwartenden Soll Fahrzeuggeschwindigkeit (vison) und/oder SollFahrzeugbeschleunigung gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Hauptkatalysator (16) ein NOxSpeicherkatalysator eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) während der Schubphase (Is) mit einem Luft KraftstoffVerhältnis (X) kleiner oder gleich 1,05, insbesondere kleiner oder gleich 1,02, beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) während der Schubphase (Is) mit einem Luft KraftstoffVerhältnis (X) von 0,95 bis 1,00 beaufschlagt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das LuftKraftstoffVerhältnis (,) während der Schubphase (Is) in Abhängigkeit von einer gemessenen oder berechneten Temperatur (T) des Abgases und/oder des Katalysatorsystems (14,16) vorgebbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückung der Schubabschaltung nicht erfolgt, wenn die Temperatur (T) des Abgases und/oder des Katalysatorsystems (14,16) eine vorgebbare Temperatur schwelle nicht übersteigt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrzeugvortrieb (NichtSchubphase) der Verbrennungskraftmaschine (10) eine maximal zulässige Temperatur (Tmax) des Abgases vor dem Vorkatalysator (14) von 920 bis 1040 °C, insbesondere von 950 bis 1000 °C, vorgegeben wird und das Luft KraftstoffVerhältnis (,) in Abhängigkeit von der Temperaturvorgabe (Tmax) regelbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahrzeugvortrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) eine maximal zulässige Temperatur (TmaX) des Abgases vor dem NOxSpeicherkatalysator (14) von 830 bis 920 °C, insbesondere von 850 bis 880 °C, festgelegt wird und das LuftKraftstoffVerhältnis ( ; ) in Abhängigkeit von der Temperaturvorgabe (Tmax) regelbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schubphase (Is) die Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem sich in Abhängigkeit der vorgegebenen maximal zulässigen Temperatur (TmaX) des Abgases und/oder des Katalysatorsystems (14,16) einstellenden LuftKraftstoffVerhältnis (X) beaufschlagbar ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Unterdrückung der Schubabschaltung in der Schubphase erzeugtes Nutzmoment durch eine Spätverschiebung eines Zündzeitpunktes zumindest teilweise kompensiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schubphase (ig) das LuftKraftstoffVerhältnis (X) und/oder eine maximal zulässige Temperaturvorgabe (TmaX) für das Abgas und/oder das Katalysatorsystem (14,16) mit einem anhand der Abweichung (Av) der IstFahrzeuggeschwindigkeit (vl5 {) und/oder Ist Fahrzeugbeschleunigung von der SollFahrzeuggeschwindigkeit (vison) und/oder Soll Fahrzeugbeschleunigung erkanntem, zunehmenden Gefälle stufenweise oder kontinuierlich angehoben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schubphase (Tg) die Unterdrückung der Schubabschaltung aufgehoben wird, wenn das erkannte Gefälle einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schubphase (Is) der Zündzeitpunkt mit zunehmenden Gefälle stufenweise oder kontinuierlich spätverschoben wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fahrzeugvortrieb (NichtSchubphase) der Verbrennungskraftmaschine (10) eine maximal zulässige Temperaturvorgabe (Tmax) des Abgases und/oder des Katalysatorsystems (14,16) mit zunehmenden Gefälle stufenweise und/oder kontinuierlich absenkbar ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische SollFahrzeuggeschwindigkeit (soy und/oder SollFahrzeugbeschleunigung in der Ebene in Abhängigkeit eines von der Verbrennungskraftmaschine (10) abgegebenen Momentes oder einer mit diesem korrelierenden Größe anhand von gespeicherten Kennwerten und/oder Kennfeldern ermittelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist Fahrzeuggeschwindigkeit (vl5,) und/oder IstFahrzeugbeschleunigung anhand einer Motordrehzahl und einem eingelegten Gang und/oder anhand einer von mit Raddrehzahlsensoren gemessenen Raddrehzahl und einem dynamischen Radhalbmesser ermittelt wird.
Description:
Verfahren zur Temperatursteuerung eines Katalysatorsystems Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Temperatur eines Katalysatorsystems mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 genannten Merkmalen.

Zur Nachbehandlung von Abgasen magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschinen ist bekannt, das Abgas über ein in einem Abgaskanal angeordnetes Katalysatorsystem, insbesondere ein NOx-Katalysatorsystem, zu leiten. Das NOX-Katalysatorsystem umfasst mindestens einen NOx-Speicherkatalysator und üblicherweise einen oder mehrere vorgeschaltete Vorkatalysatoren. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine diskontinuierlich in mageren und fetten Lambdaintervallen betrieben, wobei Stickoxide (NOX) des Abgases während der mageren Betriebsintervalle mit X > 1 in den NO, ;- Speicherkatalysator eingelagert werden und in den fetten Betriebsintervallen mit X < 1 freigesetzt und reduziert werden (NOx-Regeneration). Eine Konvertierung anderer Schadstoffbestandteile wie Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannter Kohlenwasserstoffe (HC) erfolgt in bekannter Weise an katalytischen 3-Wege-Komponenten des Vor-und/oder des NOx-Speicherkatalysators.

Verglichen mit reinen 3-Wege-Katalysatorsystemen sind NOx-Katalysatorsysteme verhältnismäßig temperaturempfindlich. So kann bereits bei stromauf des NOX- Speicherkatalysators vorliegenden Abgastemperaturen oberhalb von 800 °C eine irreversible Schädigung des Katalysatorsystems erfolgen, so dass die Katalysatoraktivität über die Fahrzeuglebensdauer deutlich abnimmt. Dies betrifft sowohl die NOx-Speicherung und -Regeneration während der mageren und fetten Betriebsintervalle als auch das HC-, CO- und NOx-Konvertierungsverhalten bei stöchiometrischer Beaufschlagung. Um das Überschreiten einer kritischen Temperaturgrenze zu vermeiden, sind Abgaskühlungs- maßnahmen zur Senkung der Abgastemperatur bekannt. Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verringerung der Abgastemperatur besteht in einer Anreicherung des Luft-Kraftstoff- Gemisches auf , < 1.

Ein besonderes Problem hinsichtlich der Temperaturbelastung des NOx-Katalysatorsystems stellen im üblichen Fahrbetrieb unvermeidbare Schubphasen dar, die beispielsweise bei Verzögerungen des Fahrzeuges oder auf Gefällestrecken auftreten können, wobei ein vom

Fahrer vorgegebenes Fahrwunschmoment kleiner als ein momentanes Schubmoment des Fahrzeuges ist. Während einer Schubphase wird die Kraftstoffzufuhr üblicherweise unterbrochen und die Verbrennungskraftmaschine nicht gefeuert betrieben (Schubabschaltung). Somit gelangen hohe Sauerstoffkonzentrationen ins Abgas und an das Katalysatorsystem, welches zu Beginn der Schubphase, insbesondere nach einem Hoch- oder Volllastbetrieb, noch hohe HC-Massen enthält. Infolge der exothermen Konvertierungsreaktion von HC mit dem Sauerstoff entstehen lokale Temperaturspitzen, welche zu einer verstärkten Oxidation und/oder Sinterung der katalytischen Edelmetallbeschichtungen führen und somit die katalytische Aktivität dauerhaft schädigen können. Dieses Problem ist umso gravierender, je höher die während einer der Schubphase vorausgegangenen Fahrzeugvortriebphase erreichten Temperaturen des Katalysator- systems sind, das heißt insbesondere nach einem Hochlast-oder Volllast-Fahrzeugbetrieb.

Das schädigende Potential der Schubabschaltung zeigt sich in Motorprüfstandsunter- suchungen, bei denen Belastungszyklen, bestehend aus hohen Lasten und hohen Abgastemperaturen im Wechsel mit ungefeuerten Schubphasen, zu einer stärkeren Desaktivierung des NOx-Speicherkatalysatorsystems führen als entsprechende Belastungszyklen ohne zwischengeschaltete Schubphasen.

Um die schädigenden Auswirkungen der massiven Sauerstoffbeaufschlagung der Katalysatoren in Schubphasen zu mindern, ist bekannt, im gefeuerten Hoch-und Volllastbetrieb eine besonders intensive Gemischanreicherung durchzuführen. Hierdurch wird das Ausgangsniveau der Katalysatortemperatur zu Beginn einer Schubphase so niedrig gehalten, dass die aus der Sauerstoffbeaufschlagung resultierende Zusatzbelastung die kritische Katalysatorbelastbarkeit nicht erreicht. Diese starke Gemischanreicherung im Hochlastbetrieb zur Kompensation der negativen Auswirkungen der Schubabschaltung führt aber zu einem deutlichen Kraftstoffmehrverbrauch. Um diesen gering zu halten, ist ferner bekannt, die Höhe der Gemischanreicherung in Abhängigkeit von der Abgas-und/oder Katalysatortemperatur zu regeln. Dabei wird etwa bei kurzen Hochlastbeschleunigungen und vergleichsweise niedrigen, unkritischen Katalysatortemperaturen eine geringere Gemischanreicherung eingestellt als bei einem gleichen Betriebspunkt, bei dem die Abgas- oder Katalysatortemperatur sich bereits nahe der kritischen Temperatur bewegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer Temperatur eines Katalysatorsystems zur Verfügung zu stellen, welches schädigende Temperaturspitzen in Schubphasen, insbesondere nach einem Hoch-oder Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine weitgehend vermeidet. Das Verfahren sollte darüber hinaus

einen Kraftstoffverbrauch möglichst gering halten, den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit nicht beeinträchtigen und sich einfach in ein Motorsteuerungskonzept integrieren lassen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Betriebspunkt, bei dem ein durch einen Fahrer angefordertes Fahrwunschmoment kleiner als ein Schubmoment des Fahrzeuges ist (Schubphase), eine Schubabschaltung durch Beaufschlagung der Verbrennungskraftmaschine mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda kleiner oder gleich 1,1 unterdrückbar ist. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Beaufschlagung mit X < 1,00 erwiesen.

Liegt also betriebsbedingt, beispielsweise bei einem Bremsvorgang oder einem Gefälle, eine Schubphase vor, bei der nach herkömmlichen Verfahren grundsätzlich eine Schubabschaltung durchgeführt wird, so kann erfindungsgemäß diese unterdrückt werden, indem die Verbrennungskraftmaschine durch Beaufschlagung mit einem Luft-Kraftstoff- Gemisch gefeuert betrieben wird. Auf diese Weise wird bei einem nur geringen Mehrverbrauch gegenüber der ungefeuerten Schubabschaltung eine hohe Sauerstoff- beaufschlagung des Katalysatorsystems und damit schädigende Temperaturspitzen im Schub unterdrückt. Eine Katalysatorlebensdauer kann somit signifikant erhöht werden. Das Verfahren ist für NOx-Katalysatorsysteme aufgrund der besonderen Temperaturempfindlichkeit von NOx-Speicherkatalysatoren besonders vorteilhaft.

Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während einer gefeuerten Schubphase wird gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens vorzugsweise im Bereich von A, = 0,95 bis 1,00 vorgegeben. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das Luft-Kraftstoff- Verhältnis während der gefeuerten Schubphase in Abhängigkeit von einer gemessenen oder berechneten Temperatur des Abgases und/oder des NOx-Katalysatorsystems vorgegeben.

Liegt zu Beginn der Schubphase die Temperatur mindestens einer Komponente des Katalysatorsystems bereits verhältnismäßig nah an einer katalysatorspezifischen kritischen Temperaturschwelle, so wird ein verhältnismäßig niedriger Lambdawert, das heißt eine starke Gemischanreicherung, für die Schubphase vorgegeben, um die Temperatur möglichst stark abzusenken. Liegt hingegen eine relativ niedrige Temperatur des Abgases und/oder des Katalysatorsystems vor, kann ein Lambdawert nahe 1 vorgegeben werden. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die Unterdrückung der Schubabschaltung nicht erfolgt, die Schubabschaltung also freigegeben wird, wenn die Temperatur des Abgases und/oder des NOx-Katalysatorsystems eine vorgebbare niedrige Temperaturschwelle nicht übersteigt.

Dabei wird es in der Regel zweckmäßig sein, abhängig von einer konkreten

Katalysatorbeschaffenheit, insbesondere von einer Katalysatorbeschichtung und/oder einem Katalysatorträger, unterschiedliche Temperaturschwellen für Vor-und Haupt- beziehungsweise NOx-Speicherkatalysator vorzugeben.

Die Vermeidung von Temperaturspitzen durch Unterdrückung der Schubabschaltung in Schubphasen erlaubt es, eine maximal zulässige Temperatur des Abgases und/oder des Katalysatorsystems im gefeuerten Hoch-und/oder Volilastbetrieb der Verbrennungs- kraftmaschine (Fahrzeugvortrieb) gegenüber dem Stand der Technik anzuheben und eine sich somit einstellende geringere maximale Gemischanreicherung zu erzielen. Dabei wird vorliegend unter dem Begriff Fahrzeugvortrieb eine Betriebsphase verstanden, in der die Verbrennungskraftmaschine positive Arbeit verrichtet, sich also nicht in einer Schubphase befindet. Speziell für NOx-Katalysatorsysteme hat sich eine gegenüber dem Stand der Technik um 30 bis 150 K, insbesondere eine um 50 bis 100 K, erhöhte maximale Abgas- und/oder Katalysatortemperatur bewährt, was einer Anhebung des sich infolge der Gemischanreicherung zur Einhaltung der Temperaturvorgabe einstellenden Lambdawertes im gefeuerten Betrieb um AS = 0,036 bis 0,18, insbesondere um 0,06 bis 0,12 entspricht. Im konkreten Fall ist die Vorgabe einer maximal zulässigen Temperatur des Abgases stromauf des Vorkatalysators in einer Fahrzeugvortriebsphase der Verbrennungskraftmaschine von 920 bis 1040 °C, vorzugsweise von 950 bis 1000 °C vorgesehen. Entsprechend kann eine maximal zulässige Temperatur des Abgases stromauf des NOx-Speicherkatalysators im Fahrzeugvortrieb von 830 bis 920 °C, insbesondere von 850 bis 880 °C, festgelegt werden.

Durch Anhebung der maximal zulässigen Temperatur im Fahrzeugvortrieb kann der durch die gefeuerten Schubphasen verursachte Kraftstoffmehrverbrauch weitgehend kompensiert oder sogar überkompensiert werden. Trotz des insgesamt höheren Temperaturniveaus erreicht die Temperatur des Katalysatorsystems wegen der unterdrückten Temperaturspitzen in der Schubphase nicht den kritischen Temperaturbereich.

Die letztgenannte Ausgestaltung des Verfahrens kann besonders vorteilhaft noch dahingehend weiterentwickelt werden, dass auch während der gefeuerten Schubphase die Verbrennungskraftmaschine mit einem sich in Abhängigkeit der vorgegebenen maximal zulässigen Temperatur des Abgases und/oder des NOx-Katalysatorsystems einstellenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis beaufschlagt wird. Der sich durch diese Maßnahme ergebende relativ niedrige Lambdawert während der Schubphase von üblicherweise 0,7 bis 0,95, insbesondere von 0,8 bis 0,9, führt zwar gegenüber der letztgenannten Ausgestaltung des Verfahrens zu einer geringfügigen Minderung des erzielten Verbrauchsvorteils, fördert aber aufgrund noch geringerer Restsauerstoffgehalte im Schub die Lebensdauer des

Katalysatorsystems. Temperaturspitzen werden wegen des unter Last und im Schub sich nahezu gleich einstellenden Lambdawertes praktisch vollständig eliminiert.

Ein Problem kann sich daraus ergeben, dass durch die Feuerung der Schubphasen stets ein gewisses Nutzmoment erzeugt wird, wodurch etwa eine vom Fahrer erwartete Geschwindigkeitsreduzierung in der Schubphase geringer ausfällt als erwartet. Dieses Problem kann durch eine weitere Weiterbildung des Verfahrens abgeschwächt werden, indem ein in der Schubphase erzeugtes Nutzmoment durch Verschiebung eines Zündzeitpunktes in Richtung"spät"und somit Verminderung des Motorwirkungsgrades zumindest teilweise kompensiert wird. Da durch die Spätzündung jedoch gleichzeitig die Abgastemperatur ansteigt, ist diese Maßnahme nur in begrenztem Umfang zur Vermeidung des Nutzmomentes zweckmäßig.

Das Nutzmoment ist besonders auf Gefällestrecken unerwünscht, da hier eine Gefährdung der aktiven Fahrsicherheit durch verlängerte Verzögerungswege auftreten kann. Ferner ist hier die schädigende Wirkung der höheren Abgastemperatur besonders ausgeprägt, da einer Gefällestrecke oftmals eine Vollgassteigungsstrecke vorausgeht, bei der maximale Drehzahlen und Abgastemperaturen erreicht werden. Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahrens ist daher ferner vorgesehen, dass die Unterdrückung der Schubabschaltung und/oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Schubphase und/oder eine maximal zulässige Temperaturvorgabe für das Abgas und/oder das Katalysatorsystem während der Schubphase in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Ist-Fahrzeugbeschleunigung von einer, entsprechend einem aktuellen Motormoment in der Ebene zu erwartenden Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Soll- Fahrzeugbeschleunigung gesteuert wird. Demnach wird etwa durch Vergleich der tatsächlichen momentanen Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer Soll-Fahrzeug- geschwindigkeit, die in Abhängigkeit von dem von der Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Moment für das Fahren in der Ebene ermittelt wird, zunächst eine Steigungs- beziehungsweise Gefälleerkennung durchgeführt. Hiervon wird abhängig gemacht, ob die erfindungsgemäße Unterdrückung der Schubabschaltung zugelassen wird, und wenn ja, mit welchem Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Verbrennungskraftmaschine während der Schubphase gefeuert wird. Abhängig von dem erkannten Gefälle kann somit die Nutzmomenterzeugung vollständig oder teilweise unterbunden werden.

Es ist insbesondere vorgesehen, die Unterdrückung der Schubabschaltung aufzuheben, das heißt die Schubabschaltung zuzulassen, wenn das anhand der Abweichung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder-beschleunigung von der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit

und/oder-beschleunigung erkannte Gefälle einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Auf diese Weise wird ein übermäßig langer Bremsweg bei starken Gefällen vermieden. Ist umgekehrt die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder-beschleunigung niedriger als die Soll- Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder-beschleunigung in der Ebene, so liegt eine Steigungsstrecke vor und die Unterdrückung der Schubabschaltung ist zulässig.

Es kann ferner vorgesehen sein, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Schubphase und/oder die Vorgabe der maximal zulässigen Temperatur des Abgases und/oder des Katalysatorsystems in Abhängigkeit von dem erkannten Gefälle zu variieren. Dabei wird insbesondere das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und/oder die maximale Temperaturvorgabe mit zunehmendem Gefälle stufenweise oder kontinuierlich zunächst bis auf X = 1,00 angehoben, ehe bei Erreichen des vorgebbaren Grenzwertes die Schubabschaltung durchgeführt wird, das heißt Lambda auf zumindest nahe unendlich angehoben wird.

Die für die Gefälleerkennung notwendige Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise -beschleunigung kann in bekannter Weise beispielsweise über die Motordrehzahl und einen eingelegten Gang und/oder anhand einer von Raddrehzahisensoren gemessenen Raddrehzahl und einem dynamischen Radhalbmesser ermittelt werden. Abweichende Verfahren zur Geschwindigkeitserfassung sind ebenso denkbar. Die theoretische Soll- Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise-beschleunigung in der Ebene wird vorzugsweise in Abhängigkeit eines von der Verbrennungskraftmaschine abgegebenen und von der Motorsteuerung ermittelten Momentes ermittelt. Alternativ können als Ersatzgröße auch andere das Motormoment näherungsweise beschreibende Motorsteuerungsgrößen herangezogen werden, beispielsweise eine Fahrpedalstellung, die eingespritzte Kraftstoff- menge, ein Luftmassenmessersignal sowie ein Abgaslambdasignal. Das Motormoment beziehungsweise die Ersatzgröße wird dann mit einer Drehzahländerung bei Fahrzeugbetrieb in der Ebene mit Hilfe eines gespeicherten Kennfeldes korrefiert. Weitere erforderliche Kennwerte wie Fahrzeugmasse, Luftwiderstandsbeiwert oder Rollwiderstands- beiwert können als Festwerte beziehungsweise als Funktion der ermittelten Ist- Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise-beschleunigung im Motorsteuergerät ebenfalls abgelegt werden. Die Vorgehensweise zur Ermittlung der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung in der Ebene ist in ihren Grundzügen aus der Steuerung von Schaltvorgängen bei Automatikgetrieben bekannt und soll nicht weiter erläutert werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 schematisch einen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine mit nachgeschaltetem Abgastrakt ; Figur 2 zeitliche Verläufe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Katalysatortemperatur sowie einer Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Schubphase mit Schubabschaltung gemäß dem Stand der Technik ; Figur 3 zeitliche Verläufe der Größen gemäß Figur 2 nach einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ; Figur 4 zeitliche Verläufe der Größen gemäß Figur 2 nach einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ; Figur 5 zeitliche Verläufe der Größen gemäß Figur 2 nach einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ; Figur 6 gefälleabhängige Verläufe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sowie eines Zündwinkels während eines Schubs und während eines Fahrzeugvortriebs gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung und Figur 7 gefälleabhängige Verläufe der Größen gemäß Figur 6 nach einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem ihr nachgeschalteten Abgaskanal 12. Zur Reinigung eines von der Verbrennungskraftmaschine 10 kommenden Abgases beherbergt der Abgaskanal 12 einen motornahen, kleinvolumigen Vorkatalysator 14, typischerweise ein 3-Wege-Katalysator, sowie einen diesem nachgeschalteten großvolumigen NOx-Speicherkatalysator 16. Der NOx-Speicherkatalysator 16 wird diskontinuierlich mit mageren und fetten Abgasatmosphären beaufschlagt, wobei in den mageren Betriebsphasen eine Einlagerung von Stickoxiden NOX stattfindet und in den fetten Betriebsphasen eine NOx-Regeneration und-konvertierung. Die Regelung der Mager- Fett-Zyklen sowie des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Lambda erfolgt typischerweise mit Hilfe einer stromab der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten Lambdasonde 18 sowie eines weiteren Gassensors 20, der stromab des NOx-Speicherkatalysators 16 installiert ist.

Der Gassensor 20 kann ebenfalls eine Lambdasonde oder vorzugsweise ein NOx-Sensor sein. Ein Temperatursensor 22 ermittelt eine Abgastemperatur vor dem NOX- Speicherkatalysator 16. Die von den Sensoren 18,20,22 bereitgestellten Signale sowie verschiedene Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 finden Eingang in ein Motorsteuergerät 24, welches anhand gespeicherter Algorithmen und Kennfelder den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 steuert.

Figur 2 verdeutlicht anhand des Verlaufes verschiedener Kenngrößen die katalysatorschädigende Temperaturbelastung während einer gemäß dem Stand der Technik zugelassenen Schubabschaltung. Der Graph 100 zeigt den Verlauf einer Fahrzeuggeschwindigkeit v. Die Geschwindigkeit v befindet sich zunächst auf einem konstanten hohen Niveau, nimmt dann in einer Verzögerungsphase kontinuierlich ab, beispielsweise weil der Fahrer eine Gasanforderung zurücknimmt, um schließlich ein konstant niedriges Niveau anzunehmen. Das Fahrzeug befindet sich während der Verzögerungsphase in einer Schubphase r"in der das angeforderte Fahrwunschmoment kleiner ist als ein momentanes, vom Fahrzeug erbrachtes Schubmoment. Der zeitliche Verlauf des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses X ist mit Graph 102 dargestellt. Während des anfänglichen Hochlastbetriebes erfolgt eine verhältnismäßig starke Gemischanreicherung mit X < 1. Während der Schubphase Ts, in welcher der Motor keine Arbeit verrichtet und die Fahrzeuggeschwindigkeit v allein durch das Schubmoment aufrechterhalten wird, erfolgt eine Schubabschaltung, indem eine Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. Infolgedessen nimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis X einen zumindest nahezu unendlich positiven Wert an. Wegen der in der Schubabschaltung hohen Sauerstoffkonzentration des Abgases kommt es zu intensiven Konvertierungsreaktionen von zunächst noch hohen HC-Mengen an den Katalysatoren 14,16. Graph 104 stellt den Verlauf der lokalen Temperatur in einer Beschichtung (Washcoat) in der Reaktionszone des NOx-Speicherkatalysators 16 dar. Hier zeigt sich, dass nach einer anfänglich konstanten Katalysatortemperatur T im Hochlastbetrieb eine intensive Temperaturspitze zu Beginn der ungefeuerten Schubphase ig auftritt. In Abhängigkeit von der vor der Schubabschaltung vorliegenden Ausgangstemperatur kann diese dabei einen kritischen Temperaturbereich (schraffiert dargestellt) erreichen, in welchem der Katalysator 16 irreversibel geschädigt werden kann.

Um Temperaturspitzen in Schubphasen wirkungsvoll zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Schubabschaltung in Schubphasen unter bestimmten Voraussetzungen unterdrückt, indem die Verbrennungskraftmaschine 10 während der Schubphase Ts gefeuert betrieben wird. Dieses Prinzip ist in seiner einfachsten Ausführung in Figur 3 anhand des gleichen Profils der Fahrzeuggeschwindigkeit v wie in Figur 2 dargestellt (Graph 100). Gemäß dieser

Ausführung wird während der Schubphase Ts ein konstanter Lambdawert, der vorzugsweise zwischen X = 0,95 und ; = 1,00 liegt, eingeregelt (Graph 102'). Während der Schubphase Ts wird die Verbrennungskraftmaschine 10 demnach mit einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoff-Verhältnis oder einem geringen Kraftstoff-Überschuss betrieben, so dass der vorhandene Sauerstoff beim Verbrennungsvorgang weitgehend verbraucht wird.

Infolgedessen kann, wie anhand von Graph 104'ersichtlich ist, das Auftreten von Temperaturspitzen in der Schubphase Ts nahezu vollständig unterdrückt werden. Zum Vergleich ist in Figur 3 auch der Temperaturverlauf 104 bei Schubabschaltung gemäß Figur 2 wiedergegeben. Das Fehlen von ausgeprägten Temperaturspitzen in Figur 3 erlaubt eine signifikante Verlängerung der Lebensdauer des Katalysatorsystems und die Gewährleistung einer ausreichenden katalytischen Aktivität über die Lebensdauer. Allerdings verursacht die Feuerung der Schubphase Ts einen gewissen Kraftstoffmehrverbrauch gegenüber der Zulassung der Schubabschaltung gemäß Figur 2. Um dem Kraftstoffmehrverbrauch zu minimieren, ist daher zweckmäßig vorgesehen, die Unterdrückung der Schubabschaltung von der gemessenen oder berechneten aktuellen Temperatur des NOX-Katalysatorsystems 14,16 oder des Abgases abhängig zu machen. Dabei wird die Unterdrückung der Schubabschaltung nur zugelassen, wenn die zu Beginn der Schubphase Ts vorliegende Temperatur bereits verhältnismäßig hoch, insbesondere 700 °C, vorzugsweise 750 °C, ist.

Ferner kann die Lambdavorgabe während der Schubphase Ts proportional zur vorliegenden Temperatur festgesetzt werden.

Eine Weiterentwicklung des in Figur 3 dargestellten Prinzips zeigt Figur 4 bei wiederum identischem Geschwindigkeitsprofil 100. Zusätzlich zur Unterdrückung der Schubabschaltung während der Schubphase Ts erfolgt eine Anhebung einer maximal zulässigen Temperaturvorgabe des Abgases und/oder des Katalysatorsystems während des Hochlastbetriebs (Nichtschubbetrieb) um 30 bis 150 K, insbesondere um 50 bis 100 K, gegenüber den vorausgegangenen Beispielen. Ausgehend von einer üblichen zugelassenen Abgastemperatur vor NOx-Speicherkatalysator von etwa 800 °C entspricht dies einer Abgastemperatur vor dem Vorkatalysator 14 von 920 bis 1040 °C, insbesondere 950 bis 1000 °C. Die Anhebung der zulässigen Katalysatortemperatur führt zu einem insgesamt angehobenen Temperaturniveau (Graph 104") gegenüber der in Figur 3 dargestellten Ausführung. Dennoch wird wegen der weitgehend unterdrückten Temperaturspitze in der Schubphase is der in der Darstellung schraffierte, kritische Temperaturbereich nicht erreicht und das Katalysatorsystem daher gegenüber der vorhergehend erläuterten Variante nicht wesentlich stärker temperaturbelastet. Vorteil dieser Ausführung ist der sich infolge der Temperaturmaßgabe einstellende höhere Lambdawert (Graph 102") und somit eine

Kompensation oder sogar Überkompensation des durch den gefeuerten Schubbetrieb verursachten Kraftstoffmehrverbrauchs.

In Weiterentwicklung der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform zeigt Figur 5 die Lambda- und Temperaturverläufe (102"'und 104"'), wenn statt einer festen Lambdavorgabe auch während der Schubphase z5 eine sich in Abhängigkeit der maximalen Temperaturvorgabe für das Abgas und/oder das NOx-Katalysatorsystem 14,16 einstellende Lambdawert zugelassen wird. Diese Maßnahme führt üblicherweise zu Lambdawerten zwischen 0,7 und 0,95 während der Schubphase Tss insbesondere von 0,8 bis 0,9. Diese in der Schubphase Ts resultierende stärkere Gemischanreicherung führt zwar zu einem teilweisen Verlust der Kraftstoffeinsparung gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, bewirkt aber wegen des unter Last und im Schub nahezu gleichen Lambdawertes eine zumindest nahezu vollständige Eliminierung von Temperaturspitzen zugunsten der Katalysatorlebensdauer.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele tragen dem Problem eines durch den gefeuerten Schub erzeugten Nutzmomentes auf Gefällestrecken Rechnung. Hierbei ist vorgesehen, eine Gefälleerkennung durchzuführen, indem eine Abweichung Av einer berechneten Soll- Fahrgeschwindigkeit und/oder-beschleunigung in der Ebene (vson) von einer aktuellen Ist- Fahrgeschwindigkeit (vl5,) und/oder-beschleunigung ermittelt wird. In Figur 6 zeigt der Graph 106 den Lambdaverlauf in einer Schubphase Ts der in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeitsabweichung Av geregelt wird. Solange das ermittelte Gefälle kleiner als ein vorgebbares kritisches Gefälle Avk ist, erfolgt eine Unterdrückung der Schubabschaltung, indem die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Lambda < 1 gefeuert betrieben wird.

Gleichzeitig erfolgt die Zündung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses X bei einem konstanten Zündzeitpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel KWW vor dem oberen Totpunkt OT (Graph 110). Ist das Gefälle größer als Avk, so wird die Schubabschaltung zugelassen, resultierend in einen gegen Unendlich gehenden Lambdawert im Schub. Hierdurch wird eine durch das Nutzmoment hervorgerufene Verlängerung eines Verzögerungsweges und sich daraus ergebende Gefährdungen oder Irritationen des Fahrers vermieden. Die Zulassung der Schubabschaltung und/oder die Vorgabe des kritischen Gefälles Avk kann in Abhängigkeit der aktuellen Abgas-oder Katalysatortemperatur gesteuert werden. Graph 108 zeigt den gefälleabhängigen Lambdaverlauf im gefeuerten Fahrzeugvortrieb, wenn also keine Schubsituation vorliegt. Hier ist vorgesehen, oberhalb des kritischen Gefälles Avlj die maximal zulässige Abgas-und/oder Katalysatortemperatur abzusenken, woraus sich entsprechend der erforderlichen Kühlung eine Lambdaabsenkung ergibt. Die Temperatur- beziehungsweise Lambdaabsenkung im Fahrzeugvortrieb bringt den Vorteil, dass bei einem Gefälle oberhalb von Avk problemlos eine Schubabschaltung durchgeführt werden kann,

wenn eine Schubphase Ts einsetzt, ohne dass die dann aus der Sauerstoffbeaufschlagung resultierende Temperaturspitze den kritischen Temperaturbereich erreicht.

Gemäß einer weiteren, in Figur 7 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch k während der gefeuerten Schubphase mit zunehmendem Gefälle kontinuierlich zunächst bis zu einem Lambda = 1 angehoben (Graph 106'). Gleichzeitig wird der Zündzeitpunkt gemäß Graph 110 bis zu einem Kurbelwellenwinkel KWW nach dem oberen Totpunkt OT verschoben, um einen Wirkungsgrad der Verbrennung und somit das entstehende Nutzmoment zu verringern. Wiederum wird bei Überschreiten des vorgegebenen kritischen Gefälles Avk die Schubabschaltung zugelassen. Befindet sich das Fahrzeug hingegen unter Motorlast (Nicht-Schub), wird die maximal zulässige Abgas- und/oder Katalysatortemperatur mit zunehmendem Gefälle kontinuierlich gesenkt, woraufhin sich gemäß Graph 108'ein abnehmender Lambdaverlauf einstellt. Die in den Figuren 6 und 7 gezeigten Verfahren führen ohne nennenswerte Verbrauchseinflüsse zu einer verbesserten Katalysatorlebensdauer. Alle Vorgänge können auch bedarfsgerecht auf den Katalysatorzustand, insbesondere die Katalysatortemperatur oder eine bereits bestehende Vorschädigung, abgestimmt werden. Dabei bietet das in Figur 7 dargestellte Verfahren die beste Abstimmung hinsichtlich des Fahrverhaltens.

Sinngemäß sind die vorstehend beschriebenen Verfahrensausführungen auch auf Katalysatorsysteme auf 3-Wege-Basis anwendbar. Ebenso ist die Verwendung von Vorkatalysatoren nicht zwingend erforderlich.

BEZUGSZEICHENLISTE 10 Verbrennungskraftmaschine 12 Abgaskanal 14 Vorkatalysator 16 Hauptkatalysator/NOx-Speicherkatalysator 18 Lambdasonde 20 NOx-Sensor 22 Temperatursensor 24 Motorsteuergerät 100 zeitlicher Verlauf Fahrzeuggeschwindigkeit 102 zeitlicher Lambdaverlauf 104 zeitlicher Temperaturverlauf (Katalysatortemperatur) 106 gefälleabhängiger Lambdaverlauf im Schub 108 gefälleabhängiger Lambdaverlauf im Fahrzeugvortrieb 110 gefälleabhängiger Verlauf des Zündzeitpunktes KWW Kurbelwellenwinkel Luft-Kraftstoff-Verhältnis OT oberer Totpunkt t Zeit T Katalysatortemperatur Schubphase v Fahrzeuggeschwindigkeit tatsächliche Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vs011 theoretische Fahrzeuggeschwindigkeit in der Ebene (Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit) Av Abweichung/Gefälle Avl kritisches Gefälle