DE10162115A1

DE10162115A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Katalysatoraufheizung

Info

Publication number: DE10162115A1
Application number: DE10162115A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott; Michael Zillmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufheizung mindestens eines Katalysators (18, 20) eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Katalysatorsystems, wobei nach einem Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere nach einem Kaltstart, während einer Warmlaufphase zumindest zeitweise mindestens eine motorwirkungsgradverschlechternde Heizmaßnahme zur Anhebung einer Energieeintragsrate in die Abgasanlage durchgeführt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase eine Energieeintragsrate, vorzugsweise beginnend mit einer betriebspunktabhängig maximal möglichen Energieeintragsrate, kontinuierlich oder stufenweise verringert wird. Dabei wird der Begriff Energieeintragsrate als Differenz zwischen einer Energieabgabe der Verbrennungskraftmaschine (10) an die Abgasanlage bei im Wesentlichen motorwirkungsgradoptimierten Betrieb und einer Energieabgabe bei motorwirkungsgradverschlechterndem Katalysatorheizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) definiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Aufheizung mindestens eines einer Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Katalysators mit den Merkmalen der Oberbegriffe des Anspruchs 1 beziehungsweise 22 und 23.
Um eine Verminderung von umweltschädlichen Abgasbestandteilen in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen zu erzielen, ist bekannt, Katalysatorsysteme mit mindestens einem Katalysator in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine anzuordnen. Je nach Katalysatortyp bewirkt der Katalysator eine Konvertierung einer oder mehrerer Abgasbestandteile, wie unverbrannter Kohlenwasserstoffe HC, Kohlenmonoxid CO und Stickoxiden NO_x, in weniger umweltrelevante Produkte. Zudem sind Katalysatoren bekannt, die neben einer katalytischen Komponente über Speicherkomponenten verfügen, die in der Lage sind, bestimmte Schadstoffe zu absorbieren. So werden insbesondere bei magerlauffähigen Verbrennungskraftmaschinen NO_x-Speicherkatalysatoren eingesetzt, die in mageren Betriebsphasen mit λ > 1 NO_x absorbieren und in zwischengeschalteten Regenerationsphasen mit λ ≤ 1 eine Reduzierung des gespeicherten NO_x vornehmen.

Ein gemeinsames Merkmal praktisch aller Katalysatoren, insbesondere auch von NO_x- Speicherkatalysatoren, besteht in der starken Temperaturabhängigkeit der Katalysatoraktivität. Insbesondere benötigt jeder Katalysator eine gewisse Mindesttemperatur, unterhalb derer praktisch keine Konvertierung und/oder adsorbierende Speicherung von Schadstoffen stattfindet. Charakteristische Kenngröße ist die so genannte (katalysatorspezifische) Anspring- oder Light-off-Temperatur, bei der der Katalysator einen Schadstoffumsatz von 50% leistet.

Um nach einem Motorstart das Katalysatorsystem auf seine Arbeitstemperatur zu erwärmen, ist bekannt, in einer so genannten Warmlaufphase Heizmaßnahmen zur Steigerung der Katalysatortemperatur durchzuführen, indem ein Energieeintrag in das Katalysatorsystem gegenüber einem Normalbetrieb angehoben wird. Beispielsweise wird bei Ottomotoren durch Verschlechterung eines Wirkungsgrades des Motors oder durch fetten Betrieb in Verbindung mit Sekundärluftzufuhr die Abgastemperatur und/oder ein chemischer Energiegehalt des Abgases erhöht und somit ein schnelles Überschreiten der Anspringtemperatur wenigstens eines Vorkatalysators erreicht. Eine bekannte Heizmaßnahme besteht in einer Verspätung eines Zündwinkels resultierend in einer Verringerung des Motorwirkungsgrades und Anstieg der Abgastemperatur. Ferner kann eine Leerlaufdrehzahl angehoben oder es können Schaltpunkte von Automatikgetrieben in geeigneter Weise verschoben werden. Diese Maßnahmen führen alle zu einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, der jedoch zugunsten der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten in Kauf genommen wird. Zudem ist bekannt, während des Warmlaufs die Verbrennungskraftmaschine mit einem leicht mageren Gemisch zu betreiben. Prinzipbedingt kann bei Wirkungsgrad mindernden Maßnahmen im Leerlaufbetrieb des Motors eine besonders hohe Wärmeleistung in die Abgasanlage abgeben werden, da ein Nutzmoment hier klein ist und somit eine große Momentenreserve zur Abgaserwärmung genutzt werden kann. Bei Lastanforderung, beispielsweise bei einem Anfahrvorgang, steigt das Nutzmoment und der Momentenanteil zur Abgaserwärmung (Energieeintragsrate) nimmt ab. Üblicherweise ist die Summe aus Nutzmoment und Abgaserwärmungsmoment während einer Katalysatorheizmaßnahme etwa konstant. Die maximal mögliche Energieeintragsrate schwankt somit betriebspunktabhängig.

Ein weiteres Verfahren zur Erhöhung der Abgastemperatur wird durch die so genannte Mehrfacheinspritzung eröffnet, welche in jüngerer Zeit für direkteinspritzende schichtladefähige Ottomotoren 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 eingespritzte Kraftstoffgesamtmenge in mindestens 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 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 sich eine Kraftstoffwolke im Wesentlichen im Bereich einer 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 NO_x und unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, die zu einer Senkung des Schadstoffdurchbruchs während der Warmlaufphase führt.

Abgesehen von einleitenden Maßnahmen der diversen Heizverfahren in den ersten Arbeitsspielen der Verbrennungskraftmaschine nach Motorstartende, insbesondere zur Einleitung der Mehrfacheinspritzung (beschrieben in der älteren Patentanmeldung der Anmelderin DE 101 40 050.9), wird in herkömmlichen Prozeduren zur Erreichung einer möglichst kurzen Anspringzeit des Katalysatorsystems stets ein maximal möglicher Energieeintrag in die Katalysatoren angefordert. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass nach schneller Durchwärmung eines Vorkatalysators oder - falls kein vorgeschalteter Vorkatalysator vorgesehen ist - einer ersten Zone eines Hauptkatalysators weiterhin hohe Abgastemperaturen am Motoraustritt vorliegen, die zu hohen Wärmeverlusten in der dem betreffenden Katalysator vorgeschalteten nicht-adiabatischen Abgasanlage wegen der hohen Temperaturdifferenz zur Umgebung führen. Dieser Energieverlust bedeutet aber einen Kraftstoffmehrverbrauch, der letztlich nicht der Katalysatorerwärmung zugute kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufheizung eines Katalysatorsystems vorzuschlagen, das gegenüber bekannten Verfahren ein schnelleres Anspringen wenigstens eines Katalysators bei gleichzeitig abgesenktem Kraftstoffverbrauch und möglichst geringen Schadstoffemissionen ermöglicht. Nach Möglichkeit soll das Verfahren eine etwaige Desaktivierung des Katalysatorsystems aufgrund einer Alterung berücksichtigen. Ferner soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in dem unabhängigen Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 22 und 23 gelöst. Dadurch, dass im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase eine Energieeintragsrate, vorzugsweise beginnend mit einer betriebspunktabhängig maximal möglichen Energieeintragsrate, verringert wird, kann zu Beginn des Warmlaufs eine besonders hohe Eintragsrate eingestellt und somit eine schnelle Katalysatorerwärmung und rasches Anspringen wenigstens eines Vorkatalysators oder - im Falle eines Einzelkatalysators - einer ersten Zone dieses Katalysators erzielt werden. Zudem wird durch die degressive Veränderung der Energieeintragsrate im weiteren Verlauf der Warmlaufphase eine Temperaturdifferenz zwischen Abgasanlage und Umgebung verringert, wodurch ungenutzte Wärmeverluste minimiert werden. Im Ergebnis kann bei geeigneter Auslegung der Degression des Energieeintrags ein gegenüber bekannten Verfahren schnelleres Erreichen einer Light-off-Temperatur des Katalysatorsystems bei verringertem Kraftstoffverbrauch und niedrigeren Schadstoffemissionen erreicht werden. Es ist ferner möglich, die Variation der Energieeintragsrate in Abhängigkeit von einem Alterungszustand des Katalysatorsystems auszulegen, so dass auch eine alterungsbedingt höhere Light-off-Temperatur während des Warmlaufs erreicht wird.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung umfasst der Begriff Energieeintrag sowohl eine einer Abgastemperatur entsprechende thermische Energie des Abgases als auch eine chemisch gespeicherte Energie in Form von Schadstoffkomponenten, insbesondere von HC und CO, deren exotherme Nachverbrennung an dem Katalysatorsystem zu einem Anstieg der Abgas- und Katalysatortemperatur führt. Mit dem Begriff Energieeintragsrate wird der zeitbezogene Energieeintrag bezeichnet. Dabei wird der Begriff Energieeintragsrate hier definiert als Differenz zwischen einer Energieabgabe der Verbrennungskraftmaschine an die Abgasanlage bei im Wesentlichen motorwirkungsgradoptimiertem Betrieb und einer Energieabgabe bei motorwirkungsgradverschlechterndem Katalysatorheizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine gemäß der Formel:

mit
≙KH = Energieeintragsrate (zur Beschleunigung der Katalysatoraufheizung) in J/s;
≙_Abgas,KH = Abgasmassenstrom während des wirkungsgradverschlechternden Betriebs in kg/s;
c_p,Abgas = spezifische Wärmekapazität des Abgases in J/(kg.K),
T_Abgas,KH = Abgastemperatur am Zylinderkopfaustritt während des wirkungsgradverschlechternden Betriebs in K;
T_Umg = Umgebungstemperatur in K;
≙_Abgas,NB = Abgasmassenstrom während des Normalbetriebs ohne wirkungsgradverschlechternde Maßnahmen in kg/s;
T_Abgas,NB = Abgastemperatur im Normalbetrieb in K
≙_Ch,KH = chemisch gebundene Energie des Abgases während des wirkungsgradverschlechternden Betriebs in J/s; und
≙_Ch,NB = chemisch gebundene Energie des Abgases während des Normalbetriebs in J/s.

Somit wird vorliegend mit Energieeintrag beziehungsweise Energieeintragsrate eine zu dem betriebspunktabhängigen Energiegrundniveau des Abgases zusätzlich in die Abgasanlage eingespeiste und dem Katalysatorsystem zur Erwärmung angebotene Energie gemeint - unabhängig von einer tatsächlichen Energieaufnahme durch das Katalysatorsystem.

Die Verringerung der Energieeintragsrate kann kontinuierlich, beispielsweise linear oder hyperbolisch, oder stufenweise durchgeführt werden. Ferner sind Kombinationen hiervon denkbar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Katalysatoraufheizung in mindestens zwei Phasen durchgeführt. Dabei schließt eine erste Intensivheizphase mit einer vorzugsweise maximal hohen Energieeintragsrate unmittelbar oder nach kurzer, wenige Arbeitsspiele umfassenden Umschaltphase an das Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine an und wird gefolgt von mindestens einer nachfolgenden Heizphase mit gegenüber der Intensivheizphase abgesenkten Energieeintragsraten.

Vorzugsweise wird der Energieeintrag der frühen Intensivheizphase derart bemessen, dass mindestens ein Katalysator des Katalysatorsystems, insbesondere ein Vorkatalysator, in dieser Phase eine Katalysatortemperatur erreicht, die mindestens seiner Light-off- Temperatur bei magerer Abgasatmosphäre entspricht. Dabei wird unter Vorkatalysator ein kleinvolumiger, motornah angeordneter Katalysator verstanden, der ein Katalysatorvolumen von höchstens 50% eines Motorhubvolumens aufweist. Für den Fall, dass das Katalysatorsystem lediglich einen Einzelkatalysator umfasst, wird der Energieeintrag der Intensivheizphase derart ausgelegt, dass innerhalb der Intensivheizphase ein vorgebbares Volumen einer von dem Abgas angeströmten vorderen Katalysatorzone dieses Katalysators die Light-off-Temperatur erreicht. Ein solcher Einzelkatalysator weist üblicherweise ein Katalysatorvolumen auf, dass mindestens 80% des Motorhubvolumens entspricht. Der Energieeintrag der Intensivheizphase wird vorzugsweise unabhängig von einem tatsächlichen Katalysatorzustand fest vorgegeben. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Energieeintrag der Intensivheizphase auf das Erreichen der Light-off- Temperatur eines gealterten Katalysators abgestimmt ist. Dafür ist vorzugsweise ein gealtertes Katalysatorsystem heranzuziehen, das eben noch vorgebbare Emissionsgrenzwerte erfüllt. In Abweichung hiervon kann der Energieeintrag der Intensivheizphase auch auf die Light-off-Temperatur eines neuen Katalysators abgestimmt werden, wobei die während der Intensivheizphase zu erreichende Katalysatortemperatur jedoch um eine feste Temperaturdifferenz, beispielsweise 100 K, oberhalb der Light-off- Temperatur des neuen Katalysators liegt. Dabei wird unter einem neuen Katalysator ein frischer, thermisch ungeschädigter und voll NO_x- und SO_x-regenerierter Katalysator verstanden.

Um ein schnelles Katalysatoranspringen zu erzielen, sollte während der Intensivheizphase eine maximal hohe Energieeintragsrate bei möglichst kurzer Dauer gefahren werden. Vorzugsweise beträgt die Dauer der Intensivheizphase maximal 30 s, insbesondere maximal 20 s, vorzugsweise höchstens 10 s. Dabei sollten während dieser Dauer mindestens 15%, insbesondere mindestens 25%, vorzugsweise etwa 35%, des Gesamtenergieeintrags der gesamten Warmlaufphase in das Katalysatorsystem eingetragen werden. Dies bedeutet Energieeintragsraten während der Intensivheizphase, die mindestens 20%, insbesondere mindestens 50%, optimal sogar um wenigstens 100% oberhalb konventioneller Katalysatorheizverfahren liegen. Um diese hohen Energieeintragsraten zu erzielen, umfasst die mindestens eine in der Intensivheizphase durchgeführte Heizmaßnahme gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Mehrfacheinspritzung mit mindestens zwei in einem Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine erfolgenden Kraftstoffdirekteinspritzungen in die Zylinderbrennräume. Dabei wird die Mehrfacheinspritzung vorzugsweise mit einer frühen, in einem Ansaugtakt erfolgenden und einer späten, in einem Verdichtungstakt erfolgenden Einspritzung durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt die späte Einspritzung (Schichteinspritzung) mit einem Ansteuerende von 80 bis 10°KW vor dem oberen Zündtotpunkt ZOT. Besonders hohe Abgastemperaturen bei gleichzeitig ausreichender Zündstabilität lassen sich bei Einspritzwinkeln der späten Einspritzung zwischen 70 und 25°KW vor ZOT, insbesondere zwischen 60 und 35°KW vor ZOT, erreichen. Die Mehrfacheinspritzung kann besonders vorteilhaft mit weiteren Heizmaßnahmen kombiniert werden. Insbesondere kann während der Intensivheizphase eine Spätzündung durchgeführt werden. Dabei wird unter Spätzündung die Ansteuerung eines Zündwinkels verstanden, der gegenüber einem wirkungsgradoptimierten Zündwinkel eine Verschlechterung des Motorwirkungsgrades von mindestens 5%, insbesondere mindestens 10%, verursacht. Vorzugsweise wird während der Intensivheizphase ein Zündwinkel von 10 bis 45°KW nach ZOT, insbesondere von mindestens 20°KW nach ZOT, angesteuert. Vorzugsweise erfolgt die Zündung etwa bei 30°KW nach ZOT. Ferner kann während der Intensivheizphase eine Leerlaufdrehzahl auf mindestens 900 min^-1, insbesondere auf mindestens 1000 min^-1, vorzugsweise auf etwa 1100 min^-1, festgelegt werden. Ferner kann die Verbrennungskraftmaschine in einem leichten Magerbetrieb bei einer Lambdavorgabe zwischen 1,00 und 1,2, insbesondere zwischen 1,02 und 1,10, vorzugsweise bei etwa 1,05, gefahren werden. Daneben kann im Falle von Automatikgetrieben eine geeignete Verschiebung von Schaltpunkten vorgesehen sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die mindestens eine, der beschriebenen Intensivheizphase nachfolgende Heizphase derart ausgelegt, dass das gesamte Katalysatorsystem seine Light-off-Temperatur bei magerer Abgasatmosphäre zumindest weitgehend erreicht. Hierbei ist insbesondere eine Gesamtdauer der Intensivheizphase von maximal 50 s, insbesondere maximal 40 s, vorgesehen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Energieeintrag dieser nachfolgenden Phasen, insbesondere durch Variation der Dauer dieser Phasen, auf eine aktuelle Alterung des mindestens einen Katalysators abgestimmt. Es ist nämlich bekannt, dass bei praktisch allen Katalysatorsystemen es im Laufe ihres Betriebes zu mehr oder weniger starken Einbrüchen ihrer Konvertierungs- und/oder Speicheraktivität gegenüber einer ursprünglichen Aktivität kommt. Dabei wird insbesondere die Light-off-Temperatur des gealterten Katalysators in Richtung höherer Temperaturen verschoben. Entsprechend wird die Gesamtdauer der mindestens einen, der Intensivheizphase nachfolgenden Phase des Warmlaufs um so länger gewählt, je älter der Katalysator ist. Die Bestimmung des Alterungszustandes des Katalysators erfolgt vorzugsweise durch Ermittlung einer aktuellen Konvertierungsaktivität und Vergleich mit einer gespeicherten Konvertierungsaktivität eines frischen Katalysators. Geeignete Methoden umfassen beispielsweise die Bestimmung einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators mit Hilfe einer nachgeschalteten sauerstoffempfindlichen Messeinrichtung, beispielsweise einer Lambdasonde. Ferner kann mit Hilfe eines geeigneten, den Katalysator nachgeschalteten Gassensors ein Schadstoffdurchbruch und somit die Konvertierungsaktivität des Katalysators ermittelt werden. Bekannt ist ferner, die Temperaturdifferenz stromauf und stromab des Katalysators zu ermitteln und hieraus die katalytische Aktivität abzuleiten. Ferner kann mittels abgespeicherter Kennfelder in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer und/oder einer Temperaturhistorie des Katalysators seine Alterung modelliert werden. Diese Verfahren sind bekannt und sollen daher vorliegend nicht näher ausgeführt werden.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine in den nachfolgenden Heizphasen durchgeführte Heizmaßnahme eine Spätzündung bei einem Zündwinkel von 5 bis 25°KW nach ZOT, insbesondere bei etwa 10°KW nach ZOT, eine gegenüber einem Nichtheizbetrieb erhöhte Leerlaufdrehzahl, einen leichten Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer Lambdavorgabe zwischen 1,00 und 1,20 und/oder eine Verschiebung der Schaltpunkte bei Automatikgetrieben umfassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel, mit denen im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase die Energieeintragsrate reduzierbar ist. Diese Mittel umfassen vorzugsweise einen in einer Steuereinheit, insbesondere in einem Motorsteuergerät, hinterlegten Algorithmus zur Durchführung der erfindungsgemäßen Aufheizung.

Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung ist ferner durch einen Edelmetallgehalt des mindestens einen, insbesondere einem direkteinspritzenden schichtladefähigen Ottomotor nachgeschalteten Katalysators von höchstens 3,59 g/dm³ Katalysatorvolumen, insbesondere von höchstens 2,87 g/dm³ Katalysatorvolumen, gekennzeichnet. Dies bedeutet eine Absenkung des Edelmetallgehaltes um mindestens 20% gegenüber gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Katalysatoren, die üblicherweise einen Edelmetallgehalt von etwa 4,67 g/cm³ (130 g/ft³) Katalysatorvolumen aufweisen. Diese kostengünstige Edelmetallbeladung der Katalysatoren ist möglich, da aufgrund der durch die erfindungsgemäße Durchführung der Warmlaufphase verminderten Schadstoffemission eine reduzierte Konvertierungsaktivität der Katalysatoren kompensiert werden kann. Eingesetzt in Abgasanlagen von Fahrzeugen mit direkteinspritzenden und schichtladefähigen Ottomotoren gewähren die edelmetallreduzierten Katalysatoren im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) im thermisch ungeschädigten Zustand bei mindestens 250 s Betrieb im Schichtlademodus HC-Emissionen von weniger als 0,07 g/km und NO_x Emissionen von weniger als 0,05 g/km.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine mit nachgeschaltetem Katalysatorsystem und
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einer Energieeintragsrate während einer Warmlaufphase gemäß dem Stand der Technik und gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel umfasst die insgesamt mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine vier Zylinder 12. Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 handelt es sich besonders vorteilhaft um einen Ottomotor, der über eine Kraftstoffdirekteinspritzungsanlage 14 verfügt und der im Niedrig- und Teillastbetrieb schichtladefähig ist. Im Schichtladebetrieb wird eine zündfähige Kraftstoffwolke lediglich im Bereich einer Zündkerze der Zylinder 12 erzeugt, während im übrigen Brennraum praktisch reine Luft vorliegt. Im Schichtladebetrieb lassen sich besonders magere Luft-Kraftstoff- Gemische realisieren. Gegenüber einem im gleichen Betriebspunkt eingestellten Homogenbetrieb zeichnet sich der Schichtbetrieb durch einen besonders geringen Kraftstoffverbrauch aus.
Ein die Verbrennungskraftmaschine 10 verlassendes Abgas wird durch einen Abgaskanal 16 geleitet, wo an einem hierin angeordneten Katalysatorsystem 18, 20 eine Konvertierung und/oder Speicherung mindestens einer Abgaskomponente des Abgases erfolgt. Das Katalysatorsystem beinhaltet in vorteilhafter Ausgestaltung einen kleinvolumigen, motornah angeordneten Vorkatalysator 18, der als 3-Wege-Katalysator ausgestaltet ist und eine Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO und eine Reduktion von Stickoxiden NO_x unterstützt. Ein großvolumiger, nachgeschalteter NO_x- Speicherkatalysator 20 absorbiert in mageren Betriebsphasen der Verbrennungskraftmaschine 10 mit λ > 1 nicht umgesetztes NO_x des Abgases und setzt dieses in kurzen zwischengeschalteten fetten oder stöchiometrischen Regenerationsphasen mit λ ≤ 1 wieder frei und reduziert es zu Stickstoff. Der Vorkatalysator weist ein Katalysatorvolumen von höchstens 50% eines Motorhubvolumens der Verbrennungskraftmaschine 10 auf und der NO_x-Speicherkatalysator 20 von mindestens etwa 80%.
Eine Überwachung und Regelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches der Verbrennungskraftmaschine 10 erfolgt durch Messung des Abgaslambdas mit einer sauerstoffempfindlichen Messeinrichtung 22, die insbesondere eine Lambdasonde, vorzugsweise eine Breitband-Lambdasonde, ist. Eine Überwachung der NO_x- Konvertierungsaktivität des Speicherkatalysators 20 erfolgt vorteilhaft mit einem diesem nachgeschalteten NO_x-Sensor 24, der eine Konzentration von Stickoxiden im Abgas misst. Der NO_x Sensor 24 erlaubt ferner, die Alterung des NO_x-Speicherkatalysators 20 durch Vergleich der aktuell gemessenen Konvertierungsaktivität mit einer betriebspunktabhängig gespeicherten Konvertierungsaktivität eines frischen (thermisch ungeschädigten, NO_x- und zumindest nahezu SO_x-freien) NO_x-Speicherkatalysators zu ermitteln. Optional ist stromauf und/oder stromab des Speicherkatalysators 20 ein Temperatursensor 26 angeordnet, der eine Abgastemperatur erfasst und die Ermittlung der Katalysatortemperatur des Speicherkatalysators 20 gestattet.
Alle von den Sensoren 22, 24, 26 bereitgestellten Signale werden an ein Motorsteuergerät 28 übermittelt und weiterverarbeitet. Das Motorsteuergerät 28 steuert in Abhängigkeit dieser Signale die verschiedenen Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10. Beispielsweise wird bei einer durch den NO_x Sensor 24 detektierten, nachlassenden Konvertierungsrate des NO_x-Speicherkatalysators 20 die Verbrennungskraftmaschine 10kurzzeitig auf ein fettes Gemisch abgestimmt, um eine Regeneration des Speicherkatalysators 20 zu bewirken. Insbesondere umfasst das Motorsteuergerät 28 auch einen gespeicherten Algorithmus 30 zur Durchführung einer nachfolgend näher erläuterten Aufheizung des Katalysatorsystems 18, 20 nach einem Motorstart der Verbrennungskraftmaschine 10.
Fig. 2 illustriert verschiedene Strategien zur Durchführung des Warmlaufs eines Katalysatorsystems, wobei jeweils zeitliche Verläufe einer Energieeintragsrate - also der den Katalysatoren zum Zweck ihrer Aufheizung zusätzlich angebotenen Energie - dargestellt sind. Die Zeitachse beginnt zum Zeitpunkt eines Motorstartendes der Verbrennungskraftmaschine 10. Dabei wird hier unter Motorstartende ein Zeitpunkt verstanden, an dem die Motordrehzahl erstmalig für mindestens 0,5 s einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl ± 5% entspricht.
Zunächst zeigt Verlauf 40 den Energieeintrag während eines Warmlaufs gemäß üblicher Verfahren. Üblicherweise wird nach Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine mindestens eine Heizmaßnahme durchgeführt, durch die die Abgastemperatur und/oder die chemische Energie des Abgases erhöht wird. Dabei wird zur Erreichung einer möglichst kurzen Anspringzeit eines Vorkatalysators 18 (beziehungsweise in Abweichung von Fig. 1 einer ersten Volumenzone eines Einzelkatalysators) ein maximal großer Energiestrom angefordert, der abhängig von der angewendeten Heizmaßnahme ist. Übliche Heizmaßnahmen sind hier etwa eine Spätzündung, eine leichte Ausmagerung des Luft- Kraftstoff-Gemisches und/oder eine Leerlaufdrehzahlanhebung. Mit dieser Vorgehensweise wird zu einem mit 42 bezeichneten Zeitpunkt die Light-off-Temperatur, also das Anspringen des Vorkatalysators 18, erreicht. Der nach dem Anspringen des Vorkatalysators 18 gleich bleibend hohe Energieeintrag in das Katalysatorsystem führt zu einer weiteren Durchwärmung auch des nachgeschalteten Hauptkatalysators 20. Nachteilig ist hier, dass aufgrund der bestehenden hohen Temperaturdifferenz des Abgases und der Umgebung ein Großteil der eingetragenen Wärme abgestrahlt wird und somit ungenutzt verloren geht.
Der Verlauf der Energieeintragsrate zur Katalysatoraufheizung gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist durch die Kurve 44 dargestellt. Hier erfolgt eine Verringerung der Energieeintragsrate während des Warmlaufs über insgesamt drei Stufen TH, TL₁, TL₂. Dabei wird zunächst in einer Intensivheizphase TH mit einer maximal möglichen Energieeintragsrate, die um mindestens 50% oberhalb der gemäß dem Stand der Technik üblichen Energieeintragsrate liegt, eine schnelle Aufheizung des Vorkatalysators 18 bewirkt, der bereits zum Zeitpunkt 46 seine Light-off-Temperatur erreicht. Die hohe Energieeintragsrate während der Intensivheizphase TH wird durch eine Kombination von Heizmaßnahmen erzielt, die insbesondere auch eine Mehrfacheinspritzung mit mindestens zwei Kraftstoffeinspritzungen während eines Arbeitstaktes umfassen. Ferner wird vorzugsweise eine extreme Zündwinkelspätverstellung durchgeführt, eine Leerlaufdrehzahl angehoben und die Verbrennungskraftmaschine auf ein leicht mageres Luft-Kraftstoff- Gemisch abgestimmt. Der Gesamtenergieeintrag während der Intensivheizphase TH (entspricht Fläche unterhalb der Kurve 44 während des Intervalls TH) wird so ausgelegt, dass auch ein stark gealterter Vorkatalysator innerhalb dieser Phase seine Light-off- Temperatur erreicht. Insofern wird insbesondere eine konstante Dauer der Intensivheizphase TH vorgegeben.
Im Anschluss an die Intensivheizphase TH erfolgen gemäß dem dargestellten Beispiel zwei Heizphasen TL₁, TL₂, in denen die Energieeintragsrate stufenweise abgesenkt wird. Da bereits während der Intensivheizphase TH eine Mindestaktivität des Katalysatorsystems durch Anspringen des Vorkatalysators 18 sichergestellt wurde, ist in den anschließenden Heizphasen TL₁, TL₂ eine extrem schnelle Durchwärmung des restlichen Abgasreinigungssystems nicht erforderlich. Hier kommt es lediglich auf ein sicheres Erreichen der Light-off-Temperaturen aller Katalysatoren an, um auch bei hohen Abgasmassenströmen eine optimale Konvertierung zu erreichen. Daher wird in dieser Phase die Energieeintragsrate so weit abgesenkt, dass möglichst geringe Wärmeverluste in die Umgebung stattfinden. Dabei wird die Dauer dieser Heizphase TL₁, TL₂ in Abhängigkeit von einer aktuellen Katalysatoralterung vorgegeben. Da üblicherweise die Katalysatoralterung mit einer Verschiebung der Light-off-Temperatur in Richtung höherer Temperaturen einhergeht, werden daher die Phasen TL₁ und TL₂ um so länger gewählt, je älter der Katalysator ist.
Ein Idealverlauf des Energieeintrags zur Katalysatorheizung ist in Fig. 2 mit Linie 48 gezeigt. Dieser annähernd hyperbolische Verlauf lässt sich jedoch insbesondere aufgrund des zu hohen anfänglichen Energieeintrags technisch nicht darstellen. Um diesem Verlauf jedoch möglichst nahe zu kommen, kann der degressive Energieeintrag gemäß der Erfindung in einer Vielzahl von Heizphasen TL_n erfolgen.
In einer Testreihe wurden die Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen für unterschiedliche Strategien der Energieeintragung während eines Katalysatorwarmlaufs erprobt. Dabei wurde an einem Fahrzeug der Marke Volkswagen®, Modell Lupo® mit Handschaltgetriebe, mit einem 1,4 l 77 kW FSI-Motor mit Kraftstoffdirekteinspritzung und einem Serien-Abgasreinigungssystem des Lupo FSI Modelljahr 2001 (dieses entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau) Untersuchungen im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) durchgeführt. Während der ersten 195 s des Tests wurden Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen stromauf und stromab des Vorkatalysators und stromab des Hauptkatalysators ermittelt. Zusätzlich erfolgte durch Messung der Abgastemperatur am Zylinderkopfaustritt sowie des Abgasmassenstromes eine Berechnung des dem Abgassystem zugeführten thermischen und chemischen Energiestromes (Energieeintrag). Alle Tests erfolgten nach einer mindestens zwölfstündigen Konditionierung des Fahrzeuges bei zirka 22°C sowie einer vorgeschalteten Konditionierung der Katalysatoren, während welcher die Katalysatoren für etwa 30 min mit einer Abgastemperatur von etwa 650°C und einem Abgaslambda von ungefähr 1,0 beaufschlagt wurden.
Es wurden insgesamt vier Testreihen mit unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt.

Test 1

Das Fahrzeug wurde vollständig ohne Katalysatorheizmaßnahmen betrieben. Dabei wurde eine Leerlaufdrehzahl von 700 min^-1 vorgegeben und Zündwinkel und Lambdavorgabe betriebspunktabhängig gesteuert. Unter diesen Bedingungen wurde die Light-off-Temperatur des Vorkatalysators nach etwa 40 s erreicht.

Test 2

Das Fahrzeug wurde mit konventionellen Katalysatorheizmaßnahmen nach herkömmlicher Verfahrensführung betrieben. Dabei wird der Zündwinkel auf zirka 12°kW nach ZOT spätverstellt, die Leerlaufdrehzahl auf etwa 1100 min^-1 angehoben und der Lambdasollwert auf 1,05 eingestellt. Die Heizmaßnahmen wurden nach 50 s beendet.
Es zeigte sich, dass mit diesen konventionellen Maßnahmen der Light-off des Vorkatalysators nach zirka 15 s erreicht wird. Die anschließend bereitgestellte zusätzliche Energie diente überwiegend der vollständigen Durchwärmung des Vorkatalysators und der teilweisen Durchwärmung des Hauptkatalysators.

Test 3

Das Fahrzeug wurde zunächst in einer ersten Intensivheizphase über 10 s mit Mehrfacheinspritzung mit einem Einspritzwinkel der Homogeneinspritzung von spätestens 240°kW vor ZOT und einer Schichteinspritzung bei frühestens 80°kW vor ZOT betrieben. Ferner wurde eine Spätzündung bei 28°kW nach ZOT, eine Leerlaufdrehzahlanhebung auf 1100 min^-1 und eine Lambdasollwertvorgabe von 1,05 durchgeführt. Anschließend wurde für 40 s das konventionelle Katalysatorheizen mit den unter Test 2 genannten Parametern durchgeführt.
Mit diesen Maßnahmen, insbesondere durch die Mehrfacheinspritzung, wurde der Light-off des Vorkatalysators nach etwa 7 s, seine vollständige Durchwärmung nach etwa 10 s erreicht. Die anschließend bereitgestellte zusätzliche Energie diente nahezu ausschließlich der teilweisen Durchwärmung des Hauptkatalysators.

Test 4

Das Fahrzeug wurde in einer ersten Intensivheizphase über 10 s mit den unter Test 3 genannten Parametern betrieben. Anschließend wurde mit konventionellen Heizmaßnahmen wie bei Test 2 beschrieben, jedoch über eine verkürzte Dauer von 30 s, der Warmlauf weitergeführt.
Die Ergebnisse der vier Testreihen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Es zeigt sich, dass bei erfindungsgemäßer Durchführung des Katalysatorwarmlaufes (Test 3 und 4) ein sehr schnelles Anspringen des Vorkatalysators nach etwa 7 s erreicht wird. Infolgedessen werden alle Schadstoffendemissionen um mindestens 20% gegenüber konventioneller Verfahrensweise (Test 2) reduziert. Durch Verkürzung der Gesamtheizdauer gemäß Test 4 lässt sich gleichzeitig sogar ein gegenüber dem herkömmlichen Verfahren geringerer Kraftstoffmehrverbrauch erzielen. Dabei sind die Schadstoffendemissionen bei Test 4 gegenüber Test 3 nur geringfügig zugunsten der Verbrauchsminderung erhöht.

Tabelle 1

Emissionen nach Hauptkatalysator, Kraftstoffverbrauch, Energieeintrag und Anspringdauern unter verschiedenen Testbedingungen. Alle Werte wurden über 195 s akkumuliert.
Eine weitere Optimierung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches lässt sich durch weitere Abstufung der Energieeintragsdegression erzielen. So ist denkbar, in einer weiteren Phase die Zündwinkelspätverstellung auf zirka 6°kW nach ZOT zurückzunehmen und gleichzeitig die erhöhte Leerlaufdrehzahl beizubehalten. Ebenso kann unter Beibehaltung der Spätzündung bei 12°kW nach ZOT die Leerlaufdrehzahl auf die übliche Solldrehzahl von etwa 700 min^-1 abgesenkt werden. BEZUGSZEICHENLISTE 10 Verbrennungskraftmaschine
12 Zylinder
14 Direkteinspritzsystem
16 Abgaskanal
18 Vorkatalysator
20 Hauptkatalysator/NO_x-Speicherkatalysator
22 Lambdasonde
24 NO_x-Sensor
26 Temperatursensor
28 Steuereinheit
30 Algorithmus
40 Energieeintragsrate während Katalysatorwarmlauf gemäß bekanntem Verfahren
42 Light-Off des Vorkatalysators gemäß bekanntem Verfahren
44 Energieeintragsrate während Katalysatorwarmlauf gemäß Erfindung
46 Light-Off des Vorkatalysators gemäß Erfindung
48 Energieeintragsrate während Katalysatorwarmlauf gemäß idealem Verlauf
50 Light-Off des Vorkatalysators gemäß idealem Verlauf
α_EE Ansteuerende Einspritzwinkel (Schichteinspritzung)
α_Z Zündwinkel
HK Hauptkatalysator
KW Kurbelwelle
λ Lambdavorgabe
N_L Leerlaufdrehzahl
TH Intensivheizphase
TL nachfolgende Heizphase
ZOT (oberer) Zündtotpunkt

Claims

1. Verfahren zur Aufheizung mindestens eines Katalysators (18, 20) eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Katalysatorsystems, wobei nach einem Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere nach einem Kaltstart, während einer Warmlaufphase zumindest zeitweise mindestens eine motorwirkungsgradverschlechternde Heizmaßnahme zur Anhebung einer Energieeintragsrate in die Abgasanlage durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase die Energieeintragsrate verringert wird, wobei die Energieeintragsrate die Differenz zwischen einer Energieabgabe der Verbrennungskraftmaschine (10) an die Abgasanlage bei im Wesentlichen motorwirkungsgradoptimierten Betrieb und einer Energieabgabe im motorwirkungsgradverschlechternden Katalysatorheizbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeintragrate beginnend von einer betriebspunktabhängig maximal möglichen Energieeintragsrate im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Energieeintragsrate kontinuierlich und/oder stufenweise durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung in mindestens zwei Phasen, mit einer ersten, unmittelbar oder nach kurzer Umschaltphase an das Motorstartende anschließenden Intensivheizphase (TH) und mindestens einer nachfolgenden, dem im Wesentlichen wirkungsgradoptimierten Normaletrieb ohne wirkungsgradverschlechternde Maßnahmen vorgeschalteten Heizphase (TL_i) mit gegenüber der Intensivheizphase (TH) abgesenkter Energieeintragsrate, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag der Intensivheizphase (TH) derart bemessen wird, dass mindestens ein Katalysator (18, 20) des Katalysatorsystems, insbesondere ein Vorkatalysator (18), oder mindestens ein vorgebbares Zonenvolumen eines Einzelkatalysators eine Katalysatortemperatur erreicht, die mindestens einer Light-off-Temperatur des Katalysators (18, 20) bei magerer Abgasatmosphäre entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag der Intensivheizphase (TH) auf das Erreichen der Light-off-Temperatur eines gealterten Vor- oder Einzelkatalysators (18, 20) abgestimmt ist, der gerade noch vorgebbare Emissionsgrenzwerte erfüllt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag der Intensivheizphase (TH) auf die Light-off-Temperatur eines neuen Katalysators (18, 20) abgestimmt ist, wobei die zu erreichende Katalysatortemperatur um eine feste Temperaturdifferenz oberhalb der Light-off-Temperatur des neuen Katalysators (18, 20) liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dauer der Intensivheizphase (TH) maximal 30 s, insbesondere maximal 20 s, vorzugsweise etwa 10 s, beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Intensivheizphase (TH) mindestens 15%, insbesondere mindestens 25%, insbesondere etwa 35% des Gesamtenergieeintrags der Warmlaufphase in das Katalysatorsystem eingetragen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine in der Intensivheizphase (TH) durchgeführte Heizmaßnahme eine Mehrfacheinspritzung mit mindestens zwei in einem Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine (10) erfolgenden Kraftstoffdirekteinspritzungen, eine Spätzündung, eine erhöhte Leerlaufdrehzahl (N_L), einem Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) bei einer Lambdavorgabe (λ) zwischen 1,00 und 1,20 und/oder eine Verschiebung von Schaltpunkten eines Automatikgetriebes, umfassen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfacheinspritzung in der Intensivheizphase (TH) mit einer frühen, in einem Ansaugtakt erfolgenden und einer späten, in einem Verdichtungstakt erfolgenden Einspritzung durchgeführt wird und die späte Einspritzung bei einem Ansteuerende (α_EE) von 80 bis 10°KW vor dem Zündtotpunkt (ZOT), insbesondere von 70 bis 25°KW vor ZOT, insbesondere 60 bis 35°KW vor ZOT, erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spätzündung in der Intensivheizphase (TH) bei einem Zündwinkel (α_Z) von 10 bis 45°KW nach ZOT, insbesondere bei mindestens 20°KW nach ZOT, insbesondere bei etwa 30°KW nach ZOT, durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl (N_L) in der Intensivheizphase (TH) auf mindestens 900 min^-1, insbesondere auf mindestens 1000 min^-1, insbesondere auf etwa 1100 min^-1, festgelegt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdavorgabe (λ) in der Intensivheizphase (TH) zwischen 1,02 und 1,10, insbesondere etwa 1,05, beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag der mindestens einen, der Intensivheizphase (TH) nachfolgenden Heizphase (TL_i) derart ausgelegt wird, dass zumindest annähernd das gesamte Katalysatorsystem seine Lightoff-Temperatur bei magerer Abgasatmosphäre zumindest weitgehend erreicht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag der mindestens einen, der Intensivheizphase (TH) nachfolgenden Heizphase (TL_i) auf eine aktuelle Alterung des mindestens einen Katalysators (18, 20) abgestimmt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtdauer der der Intensivheizphase (TH) nachfolgenden Heizphasen (TL_i) 10 bis 50 s, insbesondere 20 bis 40 s, vorzugsweise etwa 30 s, beträgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine in den der Intensivheizphase (TH) nachfolgenden Heizphasen (TL_i) durchgeführte Heizmaßnahme eine Spätzündung, eine erhöhte Leerlaufdrehzahl (N_L), einem Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) bei einer Lambdavorgabe (λ) zwischen 1,00 und 1,20 und/oder eine Verschiebung von Schaltpunkten eines Automatikgetriebes umfassen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spätzündung in den nachfolgenden Heizphasen (TL_i) bei einem Zündwinkel (α_Z) von 5 bis 25°KW nach ZOT, insbesondere bei etwa 10°KW nach ZOT, durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein, insbesondere alle Katalysatoren (18, 20) einen Edelmetallgehalt von höchstens 3,59 g/dm³ Katalysatonrolumen (100 g/ft³), insbesondere höchstens 2,87 g/dm³ (80 g/ft³), aufweisen.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) ein direkteinspritzender schichtladefähiger Ottomotor ist.

22. Vorrichtung zur Durchführung einer Aufheizung mindestens eines Katalysators (18, 20) eines einer Verbrennungskraftmaschine (10) nachgeschalteten Katalysatorsystems, wobei nach einem Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere nach einem Kaltstart, während einer Warmlaufphase zumindest zeitweise mindestens eine Heizmaßnahme zur Anhebung eines Energieeintrages in das Katalysatorsystem durchgeführt wird, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase eine Energieeintragsrate degressiv veränderbar sind.

23. Vorrichtung zur Durchführung einer Aufheizung mindestens eines Katalysators (18, 20) eines einer Verbrennungskraftmaschine (10) nachgeschalteten Katalysatorsystems, wobei nach einem Motorstartende der Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere nach einem Kaltstart, während einer Warmlaufphase zumindest zeitweise mindestens eine Heizmaßnahme zur Anhebung eines Energieeintrages in das Katalysatorsystem durchgeführt wird, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen im zeitlichen Verlauf der Warmlaufphase eine Energieeintragsrate degressiv veränderbar sind, und durch einen Edelmetallgehalt des mindestens einen Katalysators (18, 20) von höchstens 3,59 g/dm³ (100 g/ft³) Katalysatorvolumen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch einen Edelmetallgehalt des mindestens einen Katalysators (18, 20) von höchstens 2,87 g/dm³ (80 g/ft³) Katalysatorvolumen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) ein direkteinspritzender schichtladefähiger Ottomotor ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Algorithmus zur Durchführung der Aufheizung umfassen und der Algorithmus in einer Steuereinheit, insbesondere in einem Motorsteuergerät, hinterlegt ist.