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DE10115968A1 - Process for heating a catalyst - Google Patents

Process for heating a catalyst

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DE10115968A1
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injection
engine
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temperature
internal combustion
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DE10115968A
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German (de)
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Eric Bree
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Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung mindestens eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Katalysators (16, 18), wobei insbesondere nach einem Motorstartende (T¶0¶) der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest zeitweise eine Abgastemperatur und/oder eine Katalysatortemperatur (T¶Kat¶) durch mindestens eine motorische Maßnahme angehoben wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass der Warmlaufbetrieb mit mindestens zwei Parametersätzen (PE, PT) zur Steuerung der Verbrennungskraftmaschine (10) durchgeführt wird, zwischen denen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage schrittweise oder fließend umgeschaltet werden kann, und mindestens ein erster Parametersatz (PE) hinsichtlich einer niedrigen Schadstoffemission ausgelegt ist (emissionsoptimiert) und mindestens ein zweiter Parametersatz (PT) hinsichtlich einer Erreichung hohen Abgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur (T¶Kat¶) ausgelegt ist (temperaturoptimiert).The invention relates to a method for heating at least one catalytic converter (16, 18) arranged in an exhaust system of an internal combustion engine (10), wherein in particular after an engine start (T¶0¶) of the internal combustion engine (10) at least temporarily an exhaust gas temperature and / or a catalyst temperature (T¶Kat¶) is raised by at least one motor measure. DOLLAR A It is provided that the warm-up operation is carried out with at least two parameter sets (PE, PT) for controlling the internal combustion engine (10), between which, depending on the operating data of the internal combustion engine (10) and / or the exhaust system, it is possible to switch gradually or smoothly , and at least one first parameter set (PE) is designed for low pollutant emissions (emission-optimized) and at least one second parameter set (PT) is designed for achieving high exhaust gas temperature and / or catalyst temperature (T¶Kat¶) (temperature-optimized).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung mindestens eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Katalysators, insbesondere nach einem Motorstart, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for heating at least one in an exhaust system an internal combustion engine arranged catalyst, especially after a Engine start, with the features mentioned in the preamble of claim 1.

Katalysatoren werden in Abgastrakten von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um eine Konvertierung von Schadstoffen in Abgasen der Verbrennungskraftmaschine in weniger umweltrelevante Komponenten vorzunehmen. Um ihre Betriebsbereitschaft zu erhalten, müssen Katalysatoren sich mindestens auf eine katalysatorspezifische Anspring- oder Light-off-Temperatur erwärmt haben. Da der Katalysator insbesondere nach einem Motorkaltstart der Verbrennungskraftmaschine für eine gewisse Zeitspanne seine Anspringtemperatur in aller Regel noch nicht aufweist, gelangen die Schadstoffe des Abgases während dieser Zeitspanne weitgehend unkonvertiert in die Atmosphäre. Verschiedene Strategien sind zur Beschleunigung eines Katalysatorwarmlaufs und zur Reduzierung der Schadstoffemission während des Warmlaufs bekannt.Catalysts are used in exhaust systems of internal combustion engines in order to Conversion of pollutants in exhaust gases from the internal combustion engine into less to make environmentally relevant components. To keep them operational, catalysts must at least refer to a catalyst-specific light-off or Have warmed light-off temperature. Since the catalyst is especially after a Engine cold start of the internal combustion engine for a certain period of time Starting temperature does not usually have, the pollutants of the Exhaust gas largely unconverted to the atmosphere during this period. Different strategies are for accelerating a catalytic converter warm-up and for Known reduction in pollutant emissions during warm-up.

Häufig werden kleinvolumige Vorkatalysatoren an einer motornahen Position der Abgasanlage eingesetzt. Die Vorkatalysatoren erreichen wegen ihrer geringen thermischen Masse und ihrer motornahen Lage relativ schnell ihre Anspringtemperatur und überbrücken damit eine Zeitspanne, bis auch ein weiter stromab angeordneter, großvolumiger Hauptkatalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat.Small-volume pre-catalysts are often installed at a position close to the engine Exhaust system used. The pre-catalysts achieve because of their low thermal Mass and their location near the engine relatively quickly their light-off temperature and bridge thus a period of time until a large volume that is further downstream Main catalytic converter has reached its operating temperature.

Üblich ist ferner, einen Zündwinkel, an dem eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder erfolgt, während des Warmlaufs in Richtung spät bezüglich eines Zündwinkels mit höchstem Wirkungsgrad zu verstellen. Durch diese Zündwinkelspätverstellung wird der Arbeitswirkungsgrad der Verbrennung vermindert und gleichzeitig eine Abgastemperatur erhöht. Das Verfahren der Spätzündung findet seine Begrenzung bei Zündwinkeln, bei denen eine Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine in unzulässiger Weise steigt oder eine zuverlässige Zündung nicht mehr gewährleistet werden kann. Weitere Verfahren, beispielsweise eine Späteinspritzung von Kraftstoff nach Zündung vor oder nach einem Brennende, zielen auf die Freisetzung von Verbrennungsenergie unmittelbar am Katalysator bei der Konvertierung des im Zylinder nicht verbrannten Kraftstoffes ab. Nachteile dieser Verfahren sind häufig eine vermehrte Rußbildung und Probleme der Brennstabilität sowie der Darstellung stabiler Motormomente unter Last.It is also customary to have an ignition angle at which an ignition of an air-fuel mixture a cylinder occurs while warming up late with respect to one Ignition angle to adjust with maximum efficiency. Through this Ignition retard is reduced and the working efficiency of the combustion simultaneously increases an exhaust gas temperature. The process of late ignition takes place Limitation at ignition angles at which the internal combustion engine runs unevenly increases improperly or reliable ignition can no longer be guaranteed can. Other methods, such as late fuel injection after ignition before or after a burning, aim at the release of combustion energy directly on the catalytic converter when converting the non-burned in the cylinder  Fuel. Disadvantages of these processes are often increased soot formation and Problems of burning stability and the representation of stable engine torques under load.

Ein weiteres Verfahren zur Erhöhung der Abgastemperatur wird durch eine so genannte Mehrfacheinspritzung eröffnet, welche in jüngster Zeit für direkteinspritzende, fremdgezündete Verbrennungskraftmaschinen beschrieben wurde, bei denen der Kraftstoff mittels Einspritzventilen direkt in einen Brennraum eines Zylinders eingespritzt wird (WO 00/08328, EP 0 982 489 A2, WO 00/57045). Dabei wird eine während eines Arbeitsspiels eines Zylinders zuzuführende Kraftstoffgesamtmenge aufgeteilt in zwei Portionen mit zwei Einspritzvorgängen einem Brennraum des Zylinders zugeführt. Eine erste, frühe Einspritzung (Homogeneinspritzung) erfolgt während eines Ansaugtaktes des Zylinders derart, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zum nachfolgenden Zündzeitpunkt eine zumindest weitgehend homogene Verteilung im Brennraum aufweist. Eine zweite, späte Einspritzung (Schichteinspritzung) wird dagegen während eines anschließenden Verdichtungstaktes, insbesondere während der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes, durchgeführt und führt zu einer so genannten Schichtladung, bei der die eingespritzte Kraftstoffwolke sich im Wesentlichen im Bereich um eine Zündkerze des Zylinders konzentriert. Somit liegt im Mehrfacheinspritzungsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ein Mischbetrieb aus Schichtladung und Homogenladung vor. Der Mehrfacheinspritzungsbetrieb führt wegen seines speziell gearteten Brennverlaufs zu einer erhöhten Abgastemperatur gegenüber reinem Homogenbetrieb. Daneben besteht ein weiterer Vorteil der Mehrfacheinspritzung in einer verminderten Rohemission von Stickoxiden NOx und unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, die insgesamt zu einer Senkung des Schadstoffdurchbruchs während der Warmlaufphase führt.Another method for increasing the exhaust gas temperature is opened by a so-called multiple injection, which has recently been described for direct-injection, spark-ignition internal combustion engines in which the fuel is injected directly into a combustion chamber of a cylinder by means of injection valves (WO 00/08328, EP 0 982 489 A2, WO 00/57045). A total amount of fuel to be supplied during a working cycle of a cylinder is divided into two portions and fed to a combustion chamber of the cylinder with two injection processes. A first, early injection (homogeneous injection) takes place during an intake stroke of the cylinder such that the amount of fuel injected at the subsequent ignition point has an at least largely homogeneous distribution in the combustion chamber. A second, late injection (stratified injection), on the other hand, is carried out during a subsequent compression stroke, in particular during the second half of the compression stroke, and leads to a so-called stratified charge, in which the injected fuel cloud concentrates essentially in the area around a spark plug of the cylinder. Thus, in multi-injection operation of the internal combustion engine, there is a mixed operation of stratified charge and homogeneous charge. The multi-injection mode leads to an increased exhaust gas temperature compared to pure homogeneous mode due to its special type of combustion process. In addition, there is another advantage of multiple injection in a reduced raw emission of nitrogen oxides NO x and unburned hydrocarbons HC, which overall leads to a reduction in pollutant breakthrough during the warm-up phase.

Problematisch an praktisch allen Heizmaßnahmen gegenüber einem Betrieb bei optimalem Motorwirkungsgrad ist eine erhöhte Rohemission von Schadstoffen, die aufgrund des noch nicht oder nur bedingt betriebsbereiten Katalysators nicht umgesetzt werden.Problematic with practically all heating measures compared to an operation with optimal Engine efficiency is an increased raw emission of pollutants due to the still not or only partially operational catalyst not be implemented.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Warmlauf eines Katalysators bereitzustellen, das eine möglichst schnelle Katalysatorerwärmung bei gleichzeitig möglichst geringer Schadstoffemission gewährleistet.The invention is therefore based on the object of a method for warming up a To provide catalyst that the fastest possible heating of the catalyst guaranteed at the same time the lowest possible pollutant emissions.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Warmlaufbetrieb mit mindestens zwei Parametersätzen zur Steuerung der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, zwischen denen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasanlage schrittweise oder fließend umgeschaltet werden kann, und mindestens ein erster Parametersatz hinsichtlich einer niedrigen Schadstoffemission ausgelegt ist (emissionsoptimiert) und mindestens ein zweiter Parametersatz hinsichtlich einer hohen Abgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur ausgelegt ist (temperaturoptimiert), wird der Warmlaufbetrieb bedarfsgerecht an einen aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Abgasanlage adaptiert.This object is achieved by a method with the features mentioned in claim 1 solved. Because the warm-up mode with at least two parameter sets for Control of the internal combustion engine is carried out between those in Dependence on operating data of the internal combustion engine and / or the exhaust system  can be switched gradually or smoothly, and at least a first one Parameter set is designed with a view to low pollutant emissions (emission-optimized) and at least a second parameter set with regard to a high one Exhaust gas temperature and / or catalyst temperature is designed (temperature-optimized), is the warm-up mode needs to a current operating point of the Internal combustion engine or the exhaust system adapted.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass nach Motorstartende der Warmlaufbetrieb zunächst im Wesentlichen gemäß dem emissionsoptimierten Parametersatz durchgeführt wird. Da in dieser ersten Phase aufgrund der noch niedrigen Katalysatortemperaturen die im Abgas enthaltenen Schadstoffe zumindest weitgehend unkonvertiert das Katalysatorsystem durchlaufen, wird durch die Absenkung der Rohemission, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, eine Schadstoffendemission deutlich gesenkt. Eine spätere Phase des Warmlaufbetriebs erfolgt dann im Wesentlichen gemäß dem temperaturoptimierten Parametersatz, um - sobald eine gewisse Katalysatortemperatur, insbesondere in einem ersten Katalysator, erreicht ist und eine merkliche Konvertierungsrate vorliegt - unter Inkaufnahme einer höheren Rohemission eine möglichst schnelle Durchwärmung des gesamten Katalysatorsystems oder Teilen hiervon zu erzielen.It is particularly provided that warm-up operation after the engine has started initially carried out essentially according to the emission-optimized parameter set becomes. Since in this first phase, due to the still low catalyst temperatures, the The catalyst system contains at least largely unconverted pollutants will go through lowering the raw emissions, especially of unburned ones Hydrocarbons HC, pollutant emissions significantly reduced. A later phase the warm-up operation then takes place essentially in accordance with the temperature-optimized Parameter set to - as soon as a certain catalyst temperature, especially in one first catalyst, is reached and there is a noticeable conversion rate - under Acceptance of a higher raw emission through a warming of the to achieve entire catalyst system or parts thereof.

Die Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasanlage, in deren Abhängigkeit die stufenweise oder kontinuierliche Umschaltung zwischen den Parametersätzen beziehungsweise zwischen den entsprechenden Betriebsmodi erfolgt, umfassen vorzugsweise Temperaturdaten des mindestens einen Katalysators oder solche, die Rückschlüsse auf die Katalysatortemperatur zulassen. Insbesondere umfassen die Betriebsdaten die aktuelle Katalysatortemperatur selbst und/oder eine Katalysatortemperatur bei Motorstart und/oder eine Dynamik der Katalysatortemperatur und/oder eine aktuelle Motortemperatur und/oder eine Motortemperatur bei Motorstart. Zur Ermittlung der Katalysatortemperatur kann ferner eine gemessene oder anhand geeigneter Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine modellierte Abgastemperatur herangezogen werden. Die relevanten Betriebsdaten können ferner unter anderem einen Betriebspunkt, insbesondere eine Motorlast und/oder eine Motordrehzahl, und/oder einen Innenwiderstand einer der Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Lambdasonde und/oder eine seit Motorstart vergangene Zeit und/oder eine nach Motorstart durchgesetzte Kraftstoffmenge und/oder seit Motorstart erfolgte Motorumdrehungen und/oder eine seit Motorstart zurückgelegte Strecke und/oder seit Motorstart in das Katalysatorsystem eingetragene Wärmemenge umfassen. The operating data of the internal combustion engine and / or the exhaust system, in their Dependence the gradual or continuous switching between the Parameter sets or between the corresponding operating modes, preferably include temperature data of the at least one catalyst or such allow conclusions to be drawn about the catalyst temperature. In particular, the Operating data the current catalyst temperature itself and / or a catalyst temperature at engine start and / or a dynamic of the catalyst temperature and / or a current one Engine temperature and / or an engine temperature at engine start. To determine the Catalyst temperature can also be a measured or appropriate Operating parameters of the internal combustion engine modeled exhaust gas temperature be used. The relevant operating data can also include, among other things Operating point, in particular an engine load and / or an engine speed, and / or one Internal resistance of a lambda probe connected downstream of the internal combustion engine and / or a time elapsed since engine start and / or a time passed after engine start Fuel quantity and / or engine revolutions and / or one since engine start Distance traveled by engine start and / or in the catalyst system since engine start heat quantity entered.  

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird für mindestens einen dieser Betriebsdaten ein Schwellenwert vorgegeben, bei dessen Überschreitung zwischen den Parametersätzen, insbesondere zwischen dem emissionsoptimierten und dem temperaturoptimierten Parametersatz, umgeschaltet wird. So kann beispielsweise bei Überschreiten einer gewissen Katalysatortemperatur, insbesondere zumindest einer Zone eines motornahen Vorkatalysators, unter Inkaufnahme einer erhöhten Schadstoffrohemission in den temperaturoptimierten Betriebsmodus gewechselt werden. Dabei sollte diese Temperaturschwelle derart bemessen sein, dass der Katalysator eine zumindest weitgehende Konvertierung der Schadstoffrohemission im temperaturoptimierten Modus leisten kann. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird diese Ein- Schritt-Umschaltung durch eine fließende Umschaltung zwischen den Parametersätzen ersetzt. Dafür erfolgt eine Gewichtung der Parametersätze in Abhängigkeit der genannten Betriebsdaten und eine Steuerung des Warmlaufbetriebes mit Parametern, die durch Interpolation zwischen den gewichteten Parametersätzen ermittelt und laufend aktualisiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Gewichtung derart, dass ein Gewicht des emissionsoptimierten Parametersatzes bei niedrigen Katalysatortemperaturen hoch ist und mit steigenden Katalysatortemperaturen abnimmt. Da Fuzzy-Logic-Verfahren wegen der Vielzahl der Kriterien gegenüber klassischen Verfahren eine Vereinfachung der Applikation und eine Verringerung des Berechnungsaufwandes in einer Motorsteuerung bewirken, bietet sich für die Gewichtung und/oder die Interpolation die Anwendung einer auf einem Fuzzy- Logic-Verfahren basierende Methode an. Überdies kann in dieser Ausführung mit fließender Umschaltung der Warmlauf detaillierter auf einen tatsächlichen Fahrtverlauf abgestimmt werden, da alle emissionsrelevanten Parameter ständig berücksichtigt werden. Im Ergebnis kann gegenüber der stufenweise erfolgenden Umschaltung eine noch niedrigere Gesamtemission hinter dem Katalysatorsystem erreicht werden.According to an advantageous embodiment of the method, it is used for at least one Operating data, a threshold value is specified, if exceeded between the Parameter sets, especially between the emission-optimized and the temperature-optimized parameter set, is switched. For example, at Exceeding a certain catalyst temperature, in particular at least one zone a pre-catalyst close to the engine, while accepting an increased Raw emissions can be switched to the temperature-optimized operating mode. This temperature threshold should be dimensioned such that the catalyst is a at least extensive conversion of raw emissions in the temperature-optimized Mode can afford. In an alternative embodiment of the method, this input Step switchover by a smooth switchover between the parameter sets replaced. For this purpose, the parameter sets are weighted depending on the above Operating data and a control of the warm-up operation with parameters by Interpolation between the weighted parameter sets determined and continuously updated become. The weighting is preferably such that a weight of the emission-optimized parameter set is high at low catalyst temperatures and decreases with increasing catalyst temperatures. Because fuzzy logic because of the A multitude of criteria compared to classic processes simplify the application and bring about a reduction in the calculation effort in an engine control system for weighting and / or interpolation, the use of a fuzzy Logic method based method. In addition, this version can be used with flowing Switching the warm-up coordinated in more detail with an actual journey because all emission-relevant parameters are constantly taken into account. As a result can be even lower compared to the gradual changeover Total emissions can be achieved behind the catalyst system.

Im Falle einer fremdgezündeten, magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Direkteinspritzsystem ausgestattet ist, umfasst die motorische Heizmaßnahme besonders bevorzugt eine Mehrfacheinspritzung, bei der innerhalb eines Arbeitsspieles eines Zylinders mindestens zwei Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder durchgeführt werden, wobei eine erste Einspritzung während eines Ansaugtaktes und eine zweite Einspritzung während eines Verdichtungstaktes, insbesondere der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes, erfolgt. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine zudem schichtladefähig ist, so dass der während der zweiten Einspritzung der Mehrfacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff sich zu einem Zündzeitpunkt im Wesentlichen in Form einer Kraftstoffwolke im Bereich einer Zündkerze des Zylinders konzentriert. Die Ausbildung dieser Schichtladungswolke kann vorteilhafterweise durch bekannte konstruktive Maßnahmen in Form einer Wandführung und/oder einer Luftführung unterstützt werden. Eine wandgeführte Maßnahme kann beispielsweise in Form einer speziellen Ausbildung eines Kolbenbodens, insbesondere mit Mulden, vorliegen. Auf der anderen Seite kann die Luftführung der Schichtladungswolke durch Erzeugung bestimmter Luftströmungsverhältnisse im Brennraum des Zylinders, beispielsweise in Form einer so genannten Tumble- oder Drallströmung, realisiert werden. Hierfür ist etwa die Anordnung von bewegbaren, vorzugsweise stufenlos oder vielstufig bewegbaren Ladungsbewegungsklappen in Lufteinlassrohren des Zylinders bekannt, die eine Lenkung des Luftstroms bewirken. Vorzugsweise wird mit der ersten Einspritzung (Homogeneinspritzung) ein homogenes, mageres, selbst nicht zündfähiges Luft-Kraftstoff- Gemisch erzeugt, so dass erst mit der zweiten Einspritzung im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch entsteht. Nach Entzündung und Verbrennen dieser Gemischwolke wandert die Flamme in die homogenen Außenzonen des Brennraums und verbrennt dort wegen des geringen Kraftstoffanteils viel langsamer. Infolgedessen nimmt der Wirkungsgrad des Motors ab und eine Abgabe von Energie ins Abgas steigt an. Ein Verhältnis der Kraftstoffanteile der beiden Einspritzungen kann im Bereich von 20 zu 80% bis 80 zu 20% liegen, wobei ein mittleres Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum vorzugsweise zwischen λ = 0,9 und 1,2 liegt.In the case of a spark-ignited, lean-burn internal combustion engine with is equipped with a direct injection system, the engine heating measure a multiple injection is particularly preferred, in which within one working cycle a cylinder performed at least two fuel injections into the cylinder be, a first injection during an intake stroke and a second Injection during a compression stroke, especially the second half of the Compression cycle takes place. In this context, it is particularly preferably provided that that the internal combustion engine is also stratified, so that during the second injection of the multiple injection fuel becomes one Ignition timing essentially in the form of a fuel cloud in the area of a spark plug of the cylinder concentrated. The formation of this stratified charge cloud can  advantageously by known design measures in the form of a wall guide and / or an air duct are supported. A wall-guided measure can for example in the form of a special design of a piston crown, in particular with Troughs. On the other hand, the air flow of the stratified charge cloud by generating certain air flow conditions in the combustion chamber of the cylinder, for example in the form of a so-called tumble or swirl flow. For this purpose, the arrangement of movable, preferably stepless or multi-stage movable charge movement flaps in the cylinder's air intake pipes direct the air flow. Preferably with the first injection (Homogeneous injection) a homogeneous, lean, even non-ignitable air-fuel Mixture generated, so that only with the second injection in the area of the spark plug ignitable mixture is formed. After ignition and burning of this mixture cloud the flame migrates into the homogeneous outer zones of the combustion chamber and burns there much slower because of the low fuel content. As a result, the efficiency decreases of the engine and a release of energy into the exhaust gas increases. A ratio of Fuel proportions of the two injections can range from 20 to 80% to 80 to 20% lie, with an average air-fuel ratio in the combustion chamber preferably between λ = 0.9 and 1.2.

Die motorische Maßnahme kann ferner eine Zündwinkelverstellung, insbesondere in Richtung eines späten Zündwinkels, umfassen, wobei vorzugsweise Mehrfacheinspritzung und Spätzündung miteinander kombiniert eingesetzt werden.The engine measure can also be an ignition angle adjustment, in particular in Towards a late firing angle, preferably multiple injection and late ignition can be used in combination.

Im Falle einer Kombination von Mehrfacheinspritzung und Spätzündung umfassen die Parametersätze als wesentliche Steuerungsparameter einen Zündwinkel und/oder einen Einspritzwinkel der zweiten Einspritzung der Mehrfacheinspritzung und/oder ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis und/oder Kraftstoffanteile der ersten und zweiten Einspritzung des Mehrfacheinspritzungsbetriebes. Selbstverständlich können die Parametersätze weitere variable oder konstante Parameter, wie etwa eine Abgasrückführrate oder einen Einspritzdruck, enthalten. Vorzugsweise umfasst der emissionsoptimierte Parametersatz einen gegenüber dem temperaturoptimierten Parametersatz früheren Zündwinkel und/oder einen früheren Einspritzwinkel der zweiten Einspritzung und/oder ein magereres Luft- Kraftstoff-Verhältnis.In the case of a combination of multiple injection and late ignition, these include Parameter sets as essential control parameters are an ignition angle and / or a Injection angle of the second injection of the multiple injection and / or an air Fuel ratio and / or fuel shares of the first and second injection of the Multiple injection operation. Of course, the parameter sets can be more variable or constant parameters, such as an exhaust gas recirculation rate or a Injection pressure included. The emission-optimized parameter set preferably comprises a firing angle earlier than the temperature-optimized parameter set and / or an earlier injection angle of the second injection and / or a leaner air -Fuel ratio.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf Spätzündung oder Mehrfacheinspritzung beschränkt. Vielmehr kann die motorische Maßnahme zur Anhebung der Abgas- und/oder der Katalysatortemperatur weitere Verfahren umfassen, beispielsweise eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder nach dem Zündzeitpunkt vor, während oder nach Brennende. Weiterhin sind bekannt, eine Abgasnachverbrennung, bei der eine Zündung eines Gemisches aus fettem Abgas und Sekundärluft im Abgastrakt mit oder ohne zusätzlicher Zündvorrichtung erfolgt, oder eine Drehzahlanhebung im Leerlauf. Zudem können auch nichtmotorische Heizmaßnahmen durchgeführt werden, insbesondere eine elektrische Katalysatorbeheizung und/oder eine Katalysatorbeheizung mittels eines Brenners und/oder eine geeignete Getriebesteuerung, bei welcher Schaltpunkte zu höheren Drehzahlen verschoben werden.The principle of the method according to the invention is not based on late ignition or Multiple injection limited. Rather, the motor measure can be used to raise it the exhaust gas and / or the catalyst temperature comprise further methods, for example  post-injection of fuel into the cylinders after the ignition timing before or after the end of burning. Furthermore, exhaust gas afterburning is known, in which a Ignition of a mixture of rich exhaust gas and secondary air in the exhaust tract with or without additional ignition device takes place, or a speed increase in idle. moreover non-motor heating measures can also be carried out, especially one electric catalyst heating and / or a catalyst heating by means of a Brenner and / or a suitable transmission control, at which switching points to higher Speeds are shifted.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the invention result from the others in the Characteristics mentioned subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below in exemplary embodiments on the basis of the associated Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer nachgeschalteten Abgasanlage; Fig. 1 shows schematically an arrangement of an internal combustion engine with a downstream exhaust system;

Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf unterschiedlicher Parameter gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 is a time course of different parameters according to a first embodiment of the method according to the invention;

Fig. 3 ein Balkendiagramm einer kumulierten HC-Rohemission und einer Katalysatortemperatur gemäß unterschiedlichen Parametersätzen zum Katalysatorwarmlauf und Fig. 3 is a bar graph of a cumulative HC raw emissions and a catalyst temperature according to different parameter sets for catalyst warm-up and

Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter gemäß einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 shows a variation of various parameters of a second embodiment of the method according to.

Fig. 1 zeigt eine fremdgezündete, magerlauffähige Verbrennungskraftmaschine 10, die beispielsweise vier Zylinder 12 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 10 verfügt über ein nicht dargestelltes Direkteinspritzungssystem, über welches eine Kraftstoffeinspritzung unmittelbar in die Zylinder 12 erfolgt. Ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 erzeugtes Abgas wird durch einen Abgaskanal 14 einer Abgasanlage und das hierin angeordnete Katalysatorsystem 16, 18 geführt. Das Katalysatorsystem umfasst einen motornah angeordneten, kleinvolumigen Vorkatalysator 16 sowie einen Hauptkatalysator 18, beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator, der üblicherweise an einer Unterbodenposition angeordnet ist. Eine Regelung eines der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ erfolgt durch Messung einer Sauerstoffkonzentration des Abgases mit Hilfe einer Lambdasonde 20. Ein Temperatursensor 22, der stromab des Vorkatalysators 16 im Abgaskanal 14 angeordnet ist, ermöglicht die Messung einer Abgastemperatur und somit Rückschlüsse auf die Temperatur des Vor- und/oder des Hauptkatalysators 16, 18. Alternativ kann der Temperatursensor 22 auch anderenorts, etwa stromauf oder im Vorkatalysator 16 angeordnet sein. Ferner kann die Katalysatortemperatur TKat ebenfalls anhand aktueller Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 auf Basis geeigneter Modelle berechnet werden. Die von den Sensoren 20, 22 bereitgestellten Signale sowie verschiedene Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 werden an ein Motorsteuergerät 24 übermittelt, wo sie gemäß abgespeicherter Algorithmen und Kennfelder ausgewertet und verarbeitet werden. In Abhängigkeit dieser Signale erfolgt eine Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 durch das Motorsteuergerät 24, insbesondere des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ, eines Einspritzungsmodus sowie der Zündung. Fig. 1 shows a spark-ignition lean-running internal combustion engine capable of 10, which comprises for example four cylinders 12. The internal combustion engine 10 has a direct injection system, not shown, via which fuel is injected directly into the cylinders 12 . An exhaust gas generated by the internal combustion engine 10 is passed through an exhaust duct 14 of an exhaust system and the catalytic converter system 16 , 18 arranged therein. The catalytic converter system comprises a small-volume pre-catalytic converter 16 arranged close to the engine and a main catalytic converter 18 , for example a NO x storage catalytic converter, which is usually arranged at an underbody position. An air-fuel ratio λ supplied to the internal combustion engine 10 is regulated by measuring an oxygen concentration of the exhaust gas with the aid of a lambda probe 20 . A temperature sensor 22 , which is arranged downstream of the pre-catalytic converter 16 in the exhaust gas duct 14 , makes it possible to measure an exhaust gas temperature and thus draw conclusions about the temperature of the pre-catalytic converter and / or the main catalytic converter 16 , 18 . Alternatively, the temperature sensor 22 can also be arranged elsewhere, for example upstream or in the pre-catalytic converter 16 . Furthermore, the catalytic converter temperature T Kat can also be calculated on the basis of suitable models based on current operating parameters of the internal combustion engine 10 . The signals provided by the sensors 20 , 22 and various operating parameters of the internal combustion engine 10 are transmitted to an engine control unit 24 , where they are evaluated and processed in accordance with stored algorithms and maps. Depending on these signals, the engine 10 is controlled by the engine control unit 24 , in particular the air-fuel ratio λ, an injection mode and the ignition.

Wird beispielsweise nach einem Motorkaltstart mit Hilfe des Temperatursensors 22 oder rechnerisch eine Temperatur des Katalysatorsystems, insbesondere des Vorkatalysators 16, ermittelt, die unterhalb einer für eine ausreichende Schadstoffkonvertierung notwendigen Anspringtemperatur liegt, so leitet das Motorsteuergerät 24 verschiedene Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur und/oder der Katalysatortemperatur TKat ein. Vorzugsweise wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 von Einfacheinspritzung in Mehrfacheinspritzung umgestellt. Dabei erfolgt im Mehrfacheinspritzungsbetrieb eine erste, frühe Einspritzung vorzugsweise innerhalb der ersten Hälfte eines Ansaugtaktes eines Zylinders 12, so dass der in dieser Einspritzung zugeführte Kraftstoff zu einem nachfolgenden Zündzeitpunkt im Wesentlichen in homogener Brennraumverteilung vorliegt (Homogeneinspritzung). Eine zweite, späte Kraftstoffeinspritzung (Schichteinspritzung) erfolgt insbesondere in der zweiten Hälfte eines Verdichtungstaktes. Unterstützt durch Wand- und/oder luftführende Maßnahmen liegt der in der Schichteinspritzung zugeführte Kraftstoff zum Zündzeitpunkt im Wesentlichen in Form einer Schichtladungswolke im Bereich einer Zündkerze eines Zylinders 12 vor. Als weitere Heizmaßnahme wird ein Zündwinkel in Richtung eines späten Zündzeitpunktes gegenüber eines Zündpunktes mit höchstem Motorwirkungsgrad verstellt. Sowohl die besonderen Verbrennungsabläufe des Mehrfacheinspritzungsbetriebes als auch die Spätzündung bewirken eine Erhöhung der Abgastemperatur und somit einen beschleunigten Warmlauf des Katalysatorsystems 16, 18.If, for example, after a cold engine start with the aid of the temperature sensor 22 or arithmetically a temperature of the catalytic converter system, in particular the pre-catalytic converter 16 , is determined, which is below a light-off temperature necessary for a sufficient pollutant conversion, the engine control unit 24 directs various measures for raising the exhaust gas temperature and / or Catalyst temperature T Kat on . The operation of the internal combustion engine 10 is preferably switched from single injection to multiple injection. In multiple injection operation, a first, early injection takes place preferably within the first half of an intake stroke of a cylinder 12 , so that the fuel supplied in this injection is essentially homogeneous in the combustion chamber distribution at a subsequent ignition point (homogeneous injection). A second, late fuel injection (stratified injection) takes place in particular in the second half of a compression stroke. Supported by wall and / or air-guiding measures, the fuel supplied in the stratified injection is essentially in the form of a stratified charge cloud in the area of a spark plug of a cylinder 12 at the time of ignition. As a further heating measure, an ignition angle is adjusted in the direction of a late ignition point in relation to an ignition point with the highest engine efficiency. Both the special combustion processes of the multiple injection mode and the spark ignition cause an increase in the exhaust gas temperature and thus an accelerated warm-up of the catalyst system 16 , 18 .

Gemäß der vorliegenden Erfindung liegen im Motorsteuergerät 24 mindestens zwei Parametersätze vor, nach denen die Verbrennungskraftmaschine 10 während des Warmlaufs des Katalysatorsystems 16, 18 gesteuert werden kann. Dabei ist mindestens ein Parametersatz hinsichtlich einer geringen Rohemission der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, optimiert, während ein zweiter Parametersatz hinsichtlich einer möglichst hohen Heizwirkung ausgelegt ist. Die Umschaltung zwischen den einzelnen Parametersätzen, die stufenweise oder fließend erfolgen kann, wird in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder der Abgasanlage durchgeführt, insbesondere von einer Temperatur des Vorkatalysators 16.According to the present invention, there are at least two parameter sets in the engine control unit 24 , according to which the internal combustion engine 10 can be controlled while the catalytic converter system 16 , 18 is warming up. At least one parameter set is optimized with regard to a low raw emission from the internal combustion engine 10 , in particular from unburned hydrocarbons HC, while a second parameter set is designed with the greatest possible heating effect. The switchover between the individual parameter sets, which can take place in stages or smoothly, is carried out as a function of a large number of operating data of the internal combustion engine 10 and / or of the exhaust system, in particular of a temperature of the pre-catalyst 16 .

Der Verlauf unterschiedlicher Parameter während eines Warmlaufs des Katalysatorsystems 16, 18 gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem der Warmlauf in zwei Phasen mit zwei Parametersätzen PE, PT mit einer einstufigen Umstellung durchgeführt wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird kurz nach einem Motorstartende tO zum Zeitpunkt tB der Warmlaufbetrieb eingeleitet, wofür als motorische Heizmaßnahmen die Mehrfacheinspritzung und die Zündwinkelspätverstellung eingesetzt werden. Dabei erfolgt in einer ersten Phase des Warmlaufs die Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 mit Parametern, die in dem emissionsoptimierten Parametersatz PE gespeichert sind. Der Betriebsstatus beziehungsweise eine Aktivierung der Parametersätze ist im oberen Teil der Fig. 2 wiedergegeben. Bei Untersuchungen an einer schichtladefähigen, fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung und 2-Liter-Hubraum, die über ein luft- und wandgeführtes Brennverfahren verfügt, hat sich für den rohemissionsoptimierten Betrieb ein Parametersatz PE mit einer geringen Spätzündung, einem relativ hohen Lambdavorsteuerwert und einem frühen Einspritzende der Schichteinspritzung als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere hat sich hier ein Zündwinkel αZ von 0 bis 20° nach einem oberen Zündtotpunkt ZOT, vorzugsweise von 10° nach ZOT bewährt (unterer Teil der Abbildung). Gleichzeitig wird vorzugsweise ein Ende der Schichteinspritzung mit einem Einspritzwinkel αEE von 100 bis 40° vor ZOT, insbesondere von 90 bis 50° vor ZOT, vorzugsweise von 60° vor ZOT, angesteuert. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wird in dieser Phase bevorzugt auf 1,1 bis 1,3, insbesondere auf 1,2, vorgesteuert beziehungsweise eingeregelt (mittlerer Teil der Abbildung). Dieser emissionsarme Betrieb wird unter Konstanthaltung der Parameter αZ, αEE, λ so lange aufrechterhalten, bis vorgegebene Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine 10 oder des Abgassystems vorgegebene Schwellenwerte erreichen. Dabei kann insbesondere eine Mindesttemperatur zumindest einer ersten Zone des Vorkatalysators 16 berücksichtigt werden, die eine gewisse Mindestkonvertierungsleistung gewährleistet. Bei Erreichen des Schwellenwertes wird am Umschaltpunkt tU von dem emissionsoptimierten Betriebsmodus in den temperaturoptimierten Betriebsmodus mit dem Parametersatz PT umgeschaltet. Hier kann wegen der nun verfügbaren Mindestkonvertierungsaktivität des Vorkatalysators 16 eine gewisse Zunahme der Schadstoffrohemission in Kauf genommen werden. Gleichzeitig soll durch ein möglichst hohes Heizpotential eine möglichst schnelle Durchwärmung des Katalysatorsystems 16, 18 erfolgen. Hierfür haben sich im vorgenannten Beispiel eine starke Spätzündung, ein spätes Ende der Schichteinspritzung sowie ein niedrigerer Lambdavorsteuerwert als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere hat sich ein Zündwinkel αZ zwischen 15 und 45° nach ZOT, insbesondere bei etwa 30° nach ZOT, bewährt, sowie ein Einspritzende αEE der Schichteinspritzung im Mehrfacheinspritzungsbetrieb von 60 bis 20° vor ZOT, insbesondere von 50 bis 30° vor ZOT, vorzugsweise von 40° vor ZOT. Dabei wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ zwischen 1,0 und 1,2, vorzugsweise von etwa 1,1, eingestellt. Da die optimalen Parameter stark mit der Bauweise der Verbrennungskraftmaschine 10 variieren, sind die genannten Werte beispielhaft zu verstehen. Der Warmlaufbetrieb wird zu einem Zeitpunkt tE beendet, beispielsweise wenn der Vorkatalysator 16 zumindest annähernd seine volle Betriebsfähigkeit erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird wieder in einen Einfacheinspritzungsbetrieb umgestellt und die Zündwinkelspätverstellung zurückgenommen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wird abhängig von dem momentanen Betriebspunkt vorgegeben, in diesem Beispiel auf λ = 1.The course of different parameters during a warm-up of the catalyst system 16 , 18 according to a first embodiment of the method, in which the warm-up is carried out in two phases with two parameter sets PE, PT with a one-stage changeover, is shown in FIG. 2. Warm-up operation is initiated shortly after an engine start t O at time t B , for which purpose multi-injection and the retarding of the ignition angle are used as engine heating measures. In a first phase of warming up, the control of the internal combustion engine 10 takes place with parameters that are stored in the emission-optimized parameter set PE. The operating status or an activation of the parameter sets is shown in the upper part of FIG. 2. In studies on a stratified charge, spark-ignited internal combustion engine with direct injection and 2-liter displacement, which has an air and wall-guided combustion process, a parameter set PE with a low spark ignition, a relatively high lambda pilot control value and an early injection end has been found for raw emission-optimized operation Layer injection proved to be advantageous. In particular, an ignition angle α Z of 0 to 20 ° after an upper ignition dead center ZOT, preferably of 10 ° after ZOT has proven itself (lower part of the figure). At the same time, one end of the stratified injection is preferably actuated with an injection angle α EE of 100 to 40 ° before ZOT, in particular from 90 to 50 ° before ZOT, preferably from 60 ° before ZOT. The air-fuel ratio λ is preferably pre-controlled or regulated in this phase to 1.1 to 1.3, in particular to 1.2 (middle part of the figure). This low-emission operation is maintained while the parameters α Z , α EE, λ are kept constant until predetermined operating data of the internal combustion engine 10 or of the exhaust system reach predetermined threshold values. In particular, a minimum temperature of at least a first zone of the pre-catalytic converter 16 can be taken into account, which guarantees a certain minimum conversion performance. When the threshold value is reached, the changeover point t U switches from the emission-optimized operating mode to the temperature-optimized operating mode with the parameter set PT. Because of the now available minimum conversion activity of the pre-catalytic converter 16, a certain increase in the raw emissions can be accepted. At the same time, the catalyst system 16 , 18 should be heated as quickly as possible by means of the highest possible heating potential. In the above example, a strong late ignition, a late end of the stratified injection and a lower lambda pilot control value have proven to be advantageous for this. In particular, an ignition angle α Z between 15 and 45 ° according to ZOT, in particular at approximately 30 ° according to ZOT, and an injection end α EE of the stratified injection in multiple injection operation from 60 to 20 ° before ZOT, in particular from 50 to 30 ° before ZOT, have proven successful , preferably from 40 ° before ZOT. An air-fuel ratio λ of between 1.0 and 1.2, preferably of about 1.1, is set. Since the optimal parameters vary greatly with the design of the internal combustion engine 10 , the values mentioned are to be understood as examples. The warm-up operation is ended at a time t E , for example when the pre-catalytic converter 16 has at least approximately reached its full operational capability. At this point, the system switches back to a single injection mode and the retarded ignition timing is withdrawn. The air-fuel ratio λ is specified as a function of the current operating point, in this example λ = 1.

Die Auswirkungen eines Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 10 anhand unterschiedlicher Parametersätze auf eine kumulierte HC-Rohemission HC und auf eine Temperatur TKat eines etwa 30 mm stromab der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten Vorkatalysators 16 sind in Fig. 3 dargestellt. Dabei erfolgte die Messung jeweils 12 Sekunden nach einem Motorkaltstart bei 20°C mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsprofil entsprechend dem Neuen Europäischen Normfahrzyklus NEFZ. Die Daten auf der linken Seite der Darstellung wurden mit einem konventionellen Katalysatoraufheizverfahren mit Spätzündung bei einem Zündwinkel αZ von 10° nach ZOT im Einfacheinspritzungsbetrieb gewonnen und dienen als Referenz. Die Daten des mittleren und rechten Teils der Abbildung entsprechen Messungen mit dem emissionsoptimierten Parametersatz PE mit αZ = 10° nach ZOT, αEE = 60° vor ZOT und λ = 1,2 beziehungsweise mit dem temperaturoptimierten Parametersatz PT mit αZ = 30° nach ZOT, αEE = 40° vor ZOT und λ = 1,1. Die linken Säulen zeigen jeweils die über 12 Sekunden nach Motorstart kumulierte HC-Rohemission, das heißt die HC-Emission vor dem Katalysatorsystem 16, 18, wobei die HC-Rohemissionen in Relation zu dem konventionellen Betrieb mit Spätzündung PK aufeinander normiert wurden. Die rechten Säulen zeigen jeweils die Temperatur TKat des Vorkatalysators 16, die mit einer etwa 20 mm stromab einer Gaseintrittsfläche angeordneten Temperaturmessstelle ermittelt wurde. Der Vergleich der HC-Rohemissionen der verschiedenen Betriebsmodi zeigt zum einen, dass im Mehrfacheinspritzungsbetrieb PE, PT die HC-Rohemission deutlich gegenüber dem Einfacheinspritzungsbetrieb PK gesenkt werden können, nämlich auf etwa 80% im temperaturoptimierten Betrieb mit dem Parametersatz PT und sogar auf etwa 35%, wenn die Parameter hinsichtlich einer möglichst niedrigen Schadstoffemission ausgelegt werden (Parametersatz PE). Auf der anderen Seite wird im Mehrfacheinspritzungsbetrieb grundsätzlich eine höhere Heizleistung als mit konventioneller Spätzündung erreicht. Während die gemessene Katalysatortemperatur TKat des Vorkatalysators 16 12 Sekunden nach Motorstart lediglich 50°K beträgt, wird im emissionsoptimierten Mehrfacheinspritzungsbetrieb PE eine Katalysatortemperatur TKat von etwa 65°C und im temperaturoptimierten Mehrfacheinspritzungsbetrieb PT von sogar 200 °C beobachtet. Im Ergebnis lässt sich somit feststellen, dass der Mehrfacheinspritzungsbetrieb mit Spätzündung grundsätzlich sowohl hinsichtlich einer Schadstoffemission als auch einer Heizwirkung dem Einfacheinspritzungsbetrieb mit Spätzündung deutlich überlegen ist. Weiterhin wird deutlich, dass im Mehrfacheinspritzungsbetrieb mit Spätzündung durch entsprechende Auslegung der Parameter, mit denen die Verbrennungskraftmaschine 10 gesteuert wird, dramatische Auswirkungen bezüglich der HC-Rohemission einerseits und der Heizwirkung andererseits erzielt werden können. So kann durch gezielte Vorgabe der jeweiligen Parametersätze die HC-Rohemission und damit die HC-Endemission gegenüber herkömmlichen Verfahren abgesenkt werden und gleichzeitig ein schnelleres Aufheizen des Katalysatorsystems bewirkt werden.The effects of an operation of the internal combustion engine 10 on the basis of different parameter sets on a cumulative raw HC emission HC and on a temperature T Kat of a pre-catalytic converter 16 arranged about 30 mm downstream of the internal combustion engine 10 are shown in FIG. 3. The measurement took place 12 seconds after a cold engine start at 20 ° C with a vehicle speed profile according to the new European standard driving cycle NEDC. The data on the left-hand side of the illustration were obtained using a conventional catalytic converter heating process with spark ignition at an ignition angle α Z of 10 ° according to ZOT in single-injection mode and serve as a reference. The data in the middle and right part of the figure correspond to measurements with the emission-optimized parameter set PE with α Z = 10 ° according to ZOT, α EE = 60 ° before ZOT and λ = 1.2 or with the temperature-optimized parameter set PT with α Z = 30 ° after ZOT, α EE = 40 ° before ZOT and λ = 1.1. The left-hand columns each show the raw HC emissions accumulated more than 12 seconds after the engine was started, that is to say the HC emissions upstream of the catalyst system 16 , 18 , the raw HC emissions being normalized to one another in relation to the conventional operation with spark ignition PK. The right-hand columns each show the temperature T Kat of the pre-catalytic converter 16 , which was determined using a temperature measuring point located approximately 20 mm downstream of a gas inlet surface. The comparison of the raw HC emissions of the different operating modes shows, on the one hand, that in the multiple injection mode PE, PT the raw HC emissions can be significantly reduced compared to the single injection mode PK, namely to about 80% in temperature-optimized mode with the parameter set PT and even to about 35% , if the parameters are designed with the lowest possible pollutant emissions (parameter set PE). On the other hand, in multi-injection operation, a higher heating output is generally achieved than with conventional spark ignition. While the measured catalytic converter temperature T Kat of the pre-catalytic converter 16 is only 50 ° K 12 seconds after the engine is started, a catalytic converter temperature T Kat of approximately 65 ° C is observed in the emission-optimized multiple injection mode PE and even 200 ° C in the temperature-optimized multiple injection mode PT. As a result, it can be determined that the multiple injection operation with late ignition is fundamentally superior to the single injection operation with late ignition in terms of both pollutant emission and heating effect. Furthermore, it becomes clear that in multi-injection operation with spark ignition, by appropriate design of the parameters with which the internal combustion engine 10 is controlled, dramatic effects with regard to the raw HC emission on the one hand and the heating effect on the other hand can be achieved. In this way, by specifying the respective parameter sets in a targeted manner, the raw HC emissions and thus the final HC emissions can be reduced compared to conventional processes and, at the same time, the catalyst system can be heated up more quickly.

Fig. 4 zeigt zeitliche Verläufe der Parameter während eines Warmlaufs gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem statt der stufenweisen Umschaltung eine kontinuierliche Umstellung zwischen den beiden Parametersätzen PE und PT erfolgt. Hierbei wird in Abhängigkeit von den bereits genannten Betriebsdaten, insbesondere der Katalysatortemperatur TKat, eine Gewichtung der Parametersätze PE und PT vorgenommen und die Verbrennungskraftmaschine 10 mit interpolierten Parametern angesteuert. Gemäß dem dargestellten Beispiel beginnt der Warmlaufbetrieb zum Zeitpunkt tB im reinen emissionsoptimierten Betrieb, das heißt mit einem 100%igen Gewicht des Parametersatzes PE. Im weiteren Verlauf des Warmlaufs, insbesondere mit steigender Katalysatortemperatur TKat, verliert der emissionsoptimierte Betrieb zugunsten des temperaturoptimierten Betriebes an Gewicht. Infolgedessen werden Zündwinkel αZ und Einspritzwinkel αEE der Schichteinspritzung zunehmend spät verstellt. Gleichzeitig erfolgt eine Abnahme des Lambdaansteuerwertes λ. Gegenüber der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hat der fließende Übergang vom emissionsoptimierten zum temperaturoptimierten Betrieb den Vorteil einer genaueren Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine 10 und ermöglicht somit eine weitere Emissionsabsenkung bei schneller Katalysatorerwärmung. FIG. 4 shows time profiles of the parameters during a warm-up according to a second advantageous embodiment of the method, in which a continuous changeover between the two parameter sets PE and PT takes place instead of the step-by-step changeover. In this case, depending on the operating data already mentioned, in particular the catalyst temperature T Kat , the parameter sets PE and PT are weighted and the internal combustion engine 10 is controlled with interpolated parameters. According to the example shown, the warm-up operation begins at time t B in pure emission-optimized operation, that is to say with a 100% weight of the parameter set PE. As the warm-up continues, in particular when the catalyst temperature T Kat rises , the emission-optimized operation loses weight in favor of the temperature-optimized operation. As a result, the ignition angle α Z and injection angle α EE of the layer injection are adjusted increasingly late. At the same time, the lambda control value λ decreases. Compared to the embodiment shown in FIG. 2, the smooth transition from emission-optimized to temperature-optimized operation has the advantage of taking the actual operating state of internal combustion engine 10 into account more precisely and thus enables a further reduction in emissions with rapid catalyst heating.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Verbrennungskraftmaschine
Internal combustion engine

1212

Zylinder
cylinder

1414

Abgaskanal
exhaust duct

1616

Vorkatalysator
precatalyzer

1818

Hauptkatalysator/NOx Main catalyst / NO x

-Speicherkatalysator
storage catalyst

2020

Lambdasonde
lambda probe

2222

Temperatursensor
temperature sensor

2424

Motorsteuergerät
αZ
Engine control unit
α Z

Zündwinkel
αEE
firing angle
α EE

Ansteuerende Schichteinspritzung
EE Einfacheinspritzung
λ Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ME Mehrfacheinspritzung
PE emissionsoptimierter Parametersatz
PK konventioneller Parametersatz
PT temperaturoptimierter Parametersatz
t Zeit
tO
Controlling stratified injection
EE single injection
λ air-fuel ratio
ME multiple injection
PE emission-optimized parameter set
PK conventional parameter set
PT temperature-optimized parameter set
t time
t O

Motorstartende
tB
Engine Start End
t B

Beginn Warmlaufphase
tE
Start of warm-up phase
t E

Ende Warmlaufphase
tU
End of warm-up phase
t U

Umschaltpunkt
TKat
switchover
T cat

Katalysatortemperatur
ZOT oberer Zündtotpunkt
catalyst temperature
ZOT top ignition dead center

Claims (24)

1. Verfahren zur Erwärmung mindestens eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Katalysators (16, 18), wobei insbesondere nach einem Motorstartende (tO) der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest zeitweise eine Abgastemperatur und/oder eine Katalysatortemperatur (TKat) durch mindestens eine motorische Maßnahme angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmlaufbetrieb mit mindestens zwei Parametersätzen (PE, PT) zur Steuerung der Verbrennungskraftmaschine (10) durchgeführt wird, zwischen denen in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage schrittweise oder fließend umgeschaltet werden kann, und mindestens ein erster Parametersatz (PE) hinsichtlich einer niedrigen Schadstoffemission ausgelegt ist (emissionsoptimiert) und mindestens ein zweiter Parametersatz (PT) hinsichtlich Erreichung einer hohen Abgastemperatur und/oder Katalysatortemperatur (TKat) ausgelegt ist (temperaturoptimiert).1. Method for heating at least one catalytic converter ( 16 , 18 ) arranged in an exhaust system of an internal combustion engine ( 10 ), in particular after an engine start (t O ) of the internal combustion engine ( 10 ) at least temporarily an exhaust gas temperature and / or a catalyst temperature (T Kat ) is raised by at least one engine measure, characterized in that the warm-up operation is carried out with at least two parameter sets (PE, PT) for controlling the internal combustion engine ( 10 ), between which step by step depending on operating data of the internal combustion engine ( 10 ) and / or the exhaust system or can be switched smoothly, and at least one first parameter set (PE) is designed for low pollutant emissions (emission-optimized) and at least one second parameter set (PT) is designed for reaching a high exhaust gas temperature and / or catalyst temperature (T Kat ) (temperate uroptimiert). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der emissionsoptimierte Parametersatz (PE) im Wesentlichen auf eine geringe Rohemission der Verbrennungskraftmaschine (10) von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) ausgelegt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the emission-optimized parameter set (PE) is designed essentially for a low raw emission of the internal combustion engine ( 10 ) from unburned hydrocarbons (HC). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Motorstartende (tO) der Warmlaufbetrieb zunächst im Wesentlichen gemäß dem emissionsoptimierten Parametersatz (PE) und später im Wesentlichen gemäß dem temperaturoptimierten Parametersatz (PT) durchgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after the engine start (t O ), the warm-up operation is first carried out essentially according to the emission-optimized parameter set (PE) and later essentially according to the temperature-optimized parameter set (PT). 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage eine aktuelle Katalysatortemperatur (TKat) und/oder eine Katalysatortemperatur (TKat) bei Motorstart und/oder eine Dynamik der Katalysatortemperatur (TKat) und/oder eine aktuelle Motortemperatur und/oder Motortemperatur bei einem Motorstart umfassen.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the operating data of the internal combustion engine ( 10 ) and / or the exhaust system, a current catalyst temperature (T Kat ) and / or a catalyst temperature (T Kat ) at engine start and / or a dynamics of the catalyst temperature (T Kat ) and / or a current engine temperature and / or engine temperature when starting an engine. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder der Abgasanlage einen Motorbetriebspunkt, insbesondere eine Motorlast und/oder eine Motordrehzahl, und/oder einen Innenwiderstand einer der Verbrennungskraftmaschine (10) nachgeschalteten Lambdasonde (20) und/oder eine seit Motorstart vergangene Zeit (t) und/oder eine nach Motorstart durchgesetzte Kraftstoffmenge und/oder seit Motorstart erfolgte Motorumdrehungen und/oder eine seit Motorstart zurückgelegte Strecke und/oder seit Motorstart in das Katalysatorsystem eingetragene Wärmemenge umfassen.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the operating data of the internal combustion engine ( 10 ) and / or the exhaust system, an engine operating point, in particular an engine load and / or an engine speed, and / or an internal resistance of a lambda sensor connected downstream of the internal combustion engine ( 10 ) ( 20 ) and / or a time elapsed since engine start (t) and / or a quantity of fuel passed through after engine start and / or engine revolutions since engine start and / or a distance traveled since engine start and / or heat quantity entered into the catalytic converter system since engine start. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen der Betriebsdaten ein Schwellenwert vorgegeben wird und bei Überschreitung des Schwellenwertes zwischen dem emissionsoptimierten Parametersatz (PE) und dem temperaturoptimierten Parametersatz (PT) umgeschaltet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a threshold value is specified for at least one of the operating data and at Exceeding the threshold between the emission-optimized Parameter set (PE) and the temperature-optimized parameter set (PT) switched becomes. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametersätze (PE, PT) in Abhängigkeit der Betriebsdaten gewichtet werden und der Warmlaufbetrieb variabel mit zwischen den gewichteten Parametersätzen (PE, PT) interpolierten Parametern betrieben wird.7. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the Parameter sets (PE, PT) are weighted depending on the operating data and the Warm-up operation variable with between the weighted parameter sets (PE, PT) interpolated parameters is operated. 8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtung des emissionsoptimierten Parametersatzes (PE) bei niedrigen Katalysatortemperaturen (TKat) hoch ist und mit steigenden Katalysatortemperaturen (TKat) abnimmt.8. The method according to claim 8, characterized in that a weighting of the emission-optimized parameter set (PE) is high at low catalyst temperatures (T Kat ) and decreases with increasing catalyst temperatures (T Kat ). 9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gewichtung und/oder Interpolation eine auf einem Fuzzy-Logic-Verfahren basierende Methode angewendet wird.9. The method according to claim 8 or 9, characterized in that for the weighting and / or interpolation a method based on a fuzzy logic method is applied. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) fremdgezündet ist und eine Direkteinspritzung aufweist und die motorische Maßnahme eine Mehrfacheinspritzung (ME) umfasst, wobei innerhalb eines Arbeitsspiels eines Zylinders (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) mindestens zwei Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder (12) durchgeführt werden und eine erste Einspritzung während eines Ansaugtaktes des Arbeitsspiels und eine zweite Einspritzung während eines Verdichtungstaktes erfolgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 10 ) is spark-ignition and has a direct injection and the engine measure comprises a multiple injection (ME), with at least one cycle ( 12 ) of the internal combustion engine ( 10 ) two fuel injections are carried out in the cylinder ( 12 ) and a first injection takes place during an intake stroke of the working cycle and a second injection occurs during a compression stroke. 11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) schichtladefähig ist und ein während der zweiten Einspritzung der Mehrfacheinspritzung (ME) eingespritzte Kraftstoff sich zu einem Zündzeitpunkt im Wesentlichen im Bereich einer Zündkerze des Zylinders (12) konzentriert.11. The method according to claim 11, characterized in that the internal combustion engine ( 10 ) is stratified and a fuel injected during the second injection of the multiple injection (ME) concentrates at an ignition point essentially in the area of a spark plug of the cylinder ( 12 ). 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die motorische Maßnahme eine Zündwinkelverstellung, insbesondere in Richtung eines späten Zündwinkels (αZ), umfasst.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the engine measure comprises an ignition angle adjustment, in particular in the direction of a late ignition angle (α Z ). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametersätze (PE, PT) einen Zündwinkel (αZ) und/oder einen Einspritzwinkel (αEE) der zweiten Einspritzung der Mehrfacheinspritzung (ME) und/oder ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis (λ) und/oder Kraftstoffanteile der ersten und der zweiten Einspritzung der Mehrfacheinspritzung (ME) umfassen.13. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the parameter sets (PE, PT) an ignition angle (α Z ) and / or an injection angle (α EE ) of the second injection of the multiple injection (ME) and / or an air - Fuel ratio (λ) and / or fuel shares of the first and the second injection of the multiple injection (ME) include. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der emissionsoptimierte Parametersatz (PE) einen früheren Zündwinkel (αZ) umfasst als der temperaturoptimierte Parametersatz (PT).14. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the emission-optimized parameter set (PE) comprises an earlier ignition angle (α Z ) than the temperature-optimized parameter set (PT). 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der emissionsoptimierte Parametersatz (PE) einen früheren Einspritzwinkel (αEE) der zweiten Einspritzung umfasst als der temperaturoptimierte Parametersatz (PT).15. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the emission-optimized parameter set (PE) comprises an earlier injection angle (α EE ) of the second injection than the temperature-optimized parameter set (PT). 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der emissionsoptimierte Parametersatz (PE) ein magereres Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) umfasst als der temperaturoptimierte Parametersatz (PT).16. The method according to any one of claims 11 to 16, characterized in that the emission-optimized parameter set (PE) a leaner air-fuel ratio (λ) includes as the temperature-optimized parameter set (PT). 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel (αZ) des emissionsoptimierten Parametersatzes (PE) zwischen 0 und 20° nach einem oberen Zündtotpunkt (ZOT), insbesondere 10° nach ZOT, beträgt.17. The method according to any one of claims 11 to 17, characterized in that the ignition angle (α Z ) of the emission-optimized parameter set (PE) is between 0 and 20 ° after an upper ignition dead center (ZOT), in particular 10 ° according to ZOT. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzende (αEE) der zweiten Einspritzung des emissionsoptimierten Parametersatzes (PE) 100 bis 40° vor ZOT, insbesondere 90 bis 50° vor ZOT, insbesondere 60° vor ZOT, beträgt.18. The method according to any one of claims 11 to 18, characterized in that the injection end (α EE ) of the second injection of the emission-optimized parameter set (PE) 100 to 40 ° before ZOT, in particular 90 to 50 ° before ZOT, in particular 60 ° before ZOT , is. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des emissionsoptimierten Parametersatzes (PE) zwischen 1,1 und 1,3, insbesondere 1,2, beträgt. 19. The method according to any one of claims 11 to 19, characterized in that the Air-fuel ratio (λ) of the emission-optimized parameter set (PE) between 1.1 and 1.3, in particular 1.2.   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel (αZ) des temperaturoptimierten Parametersatzes (PT) zwischen 15 und 45° nach einem oberen Zündtotpunkt (ZOT), insbesondere 30° nach ZOT, beträgt.20. The method according to any one of claims 11 to 20, characterized in that the ignition angle (α Z ) of the temperature-optimized parameter set (PT) is between 15 and 45 ° after an upper ignition dead center (ZOT), in particular 30 ° according to ZOT. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzende (αEE) der zweiten Einspritzung des temperaturoptimierten Parametersatzes (PT) 60 bis 20° vor ZOT, insbesondere 50 bis 30° vor ZOT, vorzugsweise 40° vor ZOT, beträgt.21. The method according to any one of claims 11 to 21, characterized in that the injection end (α EE ) of the second injection of the temperature-optimized parameter set (PT) 60 to 20 ° before ZOT, in particular 50 to 30 ° before ZOT, preferably 40 ° before ZOT , is. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des temperaturoptimierten Parametersatzes (PT) zwischen 1,0 und 1,2, insbesondere 1,1, beträgt.22. The method according to any one of claims 11 to 22, characterized in that the Air-fuel ratio (λ) of the temperature-optimized parameter set (PT) between 1.0 and 1.2, in particular 1.1. 23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die motorische Maßnahme eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder (12) nach Zündung vor, während oder nach Brennende und/oder eine Abgasnachverbrennung und/oder eine Leerlaufdrehzahlanhebung umfasst.23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the engine measure comprises a post-injection of fuel into the cylinders ( 12 ) after ignition before, during or after the end of combustion and / or an exhaust gas post-combustion and / or an idle speed increase. 24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Warmlaufs nicht motorische Heizmaßnahmen durchgeführt werden, insbesondere eine elektrische Katalysatorbeheizung und/oder eine Katalysatorbeheizung mittels eines Brenners und/oder eine geeignete Getriebesteuerung mit Verschiebung von Schaltpunkten zu höheren Drehzahlen.24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that no motor heating measures are carried out during warm-up, in particular an electric catalyst heating and / or Catalyst heating by means of a burner and / or a suitable one Transmission control with shifting of switching points to higher speeds.
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