DE10003903B4

DE10003903B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage

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Publication number: DE10003903B4
Application number: DE2000103903
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott; Leo Dr. Spiegel; Jürgen OTTE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-29
Filing date: 2000-01-29
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2020-01-30
Also published as: AU2001230194A1; EP1255922A2; DE10003903A1; WO2001055574A3; WO2001055574A2; DE50115654D1; EP1255922B1

Abstract

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 Koordinationsmodi, mit welchen Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) gesteuert werden, in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand (K) und/oder einer Schadstoffemission (EM) der Abgasstränge (11, 12, 13) gewählt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinationsmodi mindestens zwei der folgenden Modi umfassen:
– einen dominanten Modus (D), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission (EM) nur eines Abgasstrangs (11, 12, 13) erfasst wird und sämtliche Bänke (1, 2, 3) in Abhängigkeit davon synchron gesteuert werden,
– einen interaktiven Modus (I), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission (EM) sämtlicher...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Mehrzylindermotoren werden häufig in Untereinheiten aufgeteilt, die jeweils eine Anzahl von Zylindern (Bank) zusammenfassen. So kann beispielsweise ein Zwölfzylindermotor in drei Bänke à vier Zylinder aufgeteilt werden. Jeder Bank ist ein zumindest bereichsweise separater Abgasstrang zugeordnet, in dem jeweils Komponenten der Abgasreinigungsanlage untergebracht werden können. Dererlei Komponenten umfassen beispielsweise Partikelfilter als auch Katalysatoren, die eine Konvertierung von während eines Verbrennungsvorganges gebildeten Schadstoffen in weniger umweltrelevante Produkte ermöglichen. Beispielhaft seien hier aufgezählt Oxidationskatalysatoren zur Oxidation von Reduktionsmitteln, wie Kohlenmonoxid CO und unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe HC, und Reduktionskatalysatoren zur Reduzierung von Stickoxiden NO_x.
Weiterhin können jeder Bank Stellmittel zugeordnet werden, die es erlauben, den Verbrennungsvorgang in den jeweiligen Bänken separat voneinander zu gestalten. Dererlei Stellmittel können beispielsweise Abgasrückführeinrichtungen, Einspritzsysteme oder auch in separierten Saugrohren angeordnete Drosselklappen umfassen. Ferner ist bekannt, in den Abgassträngen eine Sensorik zu implementieren, die es ermöglicht, die Luftverhältnisse im Abgas oder auch ausgewählte Anteile von Schadstoffen am Abgas zu erfassen. Üblicherweise werden die von der Sensorik erfaßten Signale in ein Steuergerät eingelesen, das dann entsprechend vorgegebenen Modellen den Stellmitteln Stellgrößen vorgibt. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise ein homogener oder geschichteter Magerbetrieb, ein stöchiometrischer Betrieb oder ein bei sehr hohen Lasten erforderlicher Fettbetrieb des Mehrzylindermotors realisieren.
Ist jeweils in den Abgassträngen der Abgasreinigungsanlage ein 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.
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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine koordinierte Steuerung der Betriebsmodi jeder Bank mit Hinsicht auf eine niedrige Schadstoffemission aber auch unter Berücksichtigung eines Kraftstoffverbrauches und von Betriebsparametern des Mehrzylindermotors ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebes eines Mehrzylindermotors für Kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen Abgasreinigungsanlage mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen gelöst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Koordinationsmodus, mit welchem die Betriebsmodi der Bänke gesteuert werden, in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand und/oder einer Schadstoffemission der Abgasstränge eingestellt, wobei die Koordinationsmodi mindestens zwei der folgenden Modi umfassen: 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.
Zwischen den Koordinationsmodi wird bevorzugt in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate während des Betriebs des Mehrzylindermotors gewechselt. 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.
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.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im autarken Modus jede Bank nur in Abhängigkeit von dem Katalysatorzustand und/oder der Schadstoffemission in dem jeweils zugeordneten Abgasstrang gesteuert. Unter solchen Bedingung ist die Gesamtemission des Mehrzylindermotors besonders niedrig, jedoch muß unter bestimmten Umständen ein Kraftstoffmehrverbrauch in Kauf genommen werden.
Im dominanten Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission nur in einem der Abgasstränge erfaßt und zur synchronen Steuerung aller Bänke herangezogen. Ein solches Verfahren läßt sich besonders einfach realisieren und benötigt nur relativ geringen Speicherplatz und Rechenkapazität. Eine solche Steuerung bietet sich immer dann an, wenn eine der Bänke temporär oder dauerhaft einen Hauptanteil an der Gesamtemission des Mehrzylindermotors besitzt.
Im gewichteten Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission in jedem Abgasstrang erfaßt und mit einem Wichtungsfaktor multipliziert. Die gewichteten Größen werden anschließend zu einem Mittelwert zusammengefaßt, und anhand des Mittelwertes erfolgt eine synchrone Steuerung aller Bänke. Der Wichtungsfaktor kann im einfachsten Falle nur die Anzahl der Zylinder pro Bank berücksichtigen, so daß beispielsweise bei einem Zwölfzylindermotor – bestehend aus drei Bänken 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 als vorteilhaft erwiesen, den Wichtungsfaktor für jede durchzuführende Prozedur gesondert zu bestimmen.
Im interaktiven Modus wird der Katalysatorzustand und/oder die Schadstoffemission in jedem Abgasstrang erfaßt und zur synchronen Steuerung aller Bänke herangezogen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Modus wird ein einleitender Impuls für die 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.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze für eine Steuerung eines Betriebs eines Mehrzylindermotors nach einem autarken und einem interaktiven Modus;
2 einen Verlauf der Luftverhältnisse in verschiedenen Abgassträngen des Mehrzylindermotors mit der Zeit;
3 eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebs des Mehrzylindermotors in einem gewichteten Modus;
4 einen Verlauf von Schadstoffemissionen in den Abgassträngen mit der Zeit;
5 eine Prinzipskizze zur Steuerung des Betriebs des Mehrzylindermotors nach einem dominanten Modus und
6 eine Ablaufdiagramm zur koordinierten Steuerung.
Die 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.
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 Anteil eines Schadstoffes am Abgas zu bestimmen. Die Gassensoren sind dann beispielsweise als Lambdasonden oder NO_x-Sensoren ausgelegt.
Ferner sind den einzelnen Bänken 1, 2, 3 Steuereinheiten zugeordnet, die von der Sensorik bereitgestellte Signale erfassen und in Abhängigkeit von diesen Signalen Stellgrößen für den einzelnen Bänken 1, 2, 3 zugeordnete Stellmittel ausgeben. Die Steuereinheiten können Teil eines Steuergerätes sein, mit denen eine im folgenden noch näher zu erläuternde koordinierte Steuerung der einzelnen Bänke 1, 2, 3 durchgeführt wird. Die Stellmittel umfassen beispielsweise separate Einspritzsysteme, Abgasrückführeinrichtungen oder in separaten Ansaugrohren angeordnete Drosselklappen. Auf die Darstellung der Stellmittel und des Steuergerätes beziehungsweise der Steuereinheiten ist zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet worden.
Ein Katalysatorzustand K der 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 Steile nicht mehr näher erläutert werden. Bekannt sind auch die Maßnahmen M_i, 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.
Die 1 sowie die im folgenden noch näher zu erläuternden 3 und 5 beinhalten ferner ein Zeitfenster, in dem jeweils dargestellt ist, welche Maßnahmen M_i 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 M_i jeweils tatsächlich ergriffen wurden, während nicht ausgefüllte Zeichen anzeigen, wann die jeweilige Maßnahme M_i in völlig autarken Bänken 1, 2, 3 ergriffen wurde.
Die 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.
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.
Dem Zeitfenster der 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.
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.
Die 2 zeigt einen Verlauf der Luftverhältnisse 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 T₁ besteht eine Regenerationsnotwendigkeit für alle drei Katalysatoren 21, 22, 23, und die Zusammensetzung des Abgases wird entsprechend einer fetten Sollvorgabe verändert. Während der Regeneration verharrt der Lambdawert stromab der Katalysatoren 21, 22, 23 zunächst auf einem stöchiometrischen Wert. In den Bänken 1 und 3 würde ein die Regeneration beendender Impuls bereits zu den Zeitpunkten T₂ und T₃ vorliegen, nämlich nach Erreichen eines fetten Schwellenwertes 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 T₄ die Regeneration abgeschlossen ist.
Die 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 Schadstoffemission 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 6.
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.
In der 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 T₅ und T₆ 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 T₇ die Regeneration initiiert, auch wenn in einer der Bänke noch NO_x-Speicherkapazität vorhanden ist.
Der 5 ist ein Zeitfenster für den dominanten Modus D zu entnehmen. Im dominanten Modus D wird der Katalysatorzustand K und/oder die Schadstoffemission EM nur in einem der Abgasstränge 11, 12 oder 13 erfaßt und zur Synchronsteuerung aller Bänke 1, 2, 3 herangezogen. In diesem Fall ist exemplarisch der Bank 1 eine solche dominante Stellung eingeräumt worden. Eine solche Maßnahme kann immer dann ergriffen werden, wenn infolge einer betriebsbedingten Situation oder durch dauerhafte bauliche Veränderungen die Schadstoffemission der Bank 1 die der anderen Bänke bei weitem übersteigt.

Claims

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 Koordinationsmodi, mit welchen Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) gesteuert werden, in Abhängigkeit von einem Katalysatorzustand (K) und/oder einer Schadstoffemission (EM) der Abgasstränge (11, 12, 13) gewählt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinationsmodi mindestens zwei der folgenden Modi umfassen: – einen dominanten Modus (D), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission (EM) nur eines Abgasstrangs (11, 12, 13) erfasst wird und sämtliche Bänke (1, 2, 3) in Abhängigkeit davon synchron gesteuert werden, – einen interaktiven Modus (I), bei dem der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission (EM) sämtlicher Abgasstränge (11, 12, 13) erfasst wird und sämtliche Bänke (1, 2, 3) in Abhängigkeit davon synchron gesteuert werden, – einen gewichteten Modus (G), bei dem sämtliche Bänke (1, 2, 3) in Abhängigkeit eines aus gewichteten Katalysatorzuständen (K) und/oder gewichteten Schadstoffemissionen (EM) aller Abgasstränge (11, 12, 13) gebildeten Mittelwerts synchron gesteuert werden, – einen autarken Modus (A), bei dem jede Bank (1, 2, 3) in Abhängigkeit des Katalysatorzustands (K) und/oder der Schadstoffemission (EM) des jeweils zugeordneten Abgasstrangs (11, 12, 13) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Koordinationsmodi in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsparametern (P) des Kraftfahrzeuges und seiner Aggregate während des Betriebs des Mehrzylindermotors (10) gewechselt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustands- und Betriebsparameter (P) 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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) Prozeduren zur Durchführung einer NO_x-Regeneration, einer Entschwefelung und einer Katalysatorheizung umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Charakterisierung des Katalysatorzustandes (K) eine Schwefelbeladung und/oder eine NO_x-Beladung und/oder eine Katalysatortemperatur und/oder ein irreversibler Schädigungsgrad und/oder eine aktuelle NO_x-Speicherfähigkeit des NO_x-Speicherkatalysators (21, 22, 23) im Vergleich zu einer gemessenen oder modellierten NO_x-Speicherfähigkeit eines frischen NO_x-Speicherkatalysators dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im gewichteten Modus (G) der Katalysatorzustand (K) und/oder die Schadstoffemission (EM) in jedem Abgasstrang stromab des zumindest einen NO_x-Speicherkatalysators (21, 22, 23) erfaßt, mit einem Wichtungsfaktor (F_w) multipliziert, die gewichteten Größen gemittelt werden (Mittelwert MW) und anschließend der Mittelwert (MW) zur synchronen Steuerung aller Bänke (1, 2, 3) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor (F_w) in Abhängigkeit von einer Anzahl der Zylinder einer Bank (1, 2, 3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor (F_w) in Abhängigkeit vom Katalysatorzustand (K) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor (F_w) für jede durchzuführende Prozedur gesondert bestimmt wird.
Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im interaktiven Modus (I) – ein einleitender Impuls für die NO_x 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 NO_x-Regeneration, die Entschwefelung oder die Katalysatorheizung vorliegt, wenn in jedem der Abgasstränge (11, 12, 13) die Maßnahme beendet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gassensor ein NO_x-Sensor verwendet wird, der eine NO_x-Emission stromab des NO_x-Speicherkatalysators erfasst.
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 (11, 12, 13) jeweils zumindest einen NO_x-Speicherkatalysator (21, 22, 23) und einen Gassensor umfasst, und bei der Mittel vorhanden sind, mit denen Koordinationsmodi, mit welchen Betriebsmodi der Bänke (1, 2, 3) gesteuert werden, nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auswahlbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel ein Steuergerät umfassen, in dem eine Prozedur zur koordinierten Steuerung in digitalisierter Form hinterlegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät Teil eines Motorsteuergerätes ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor ein NO_x-Sensor und/oder eine Lambdasonde ist.