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DE102007042818A1 - Verfahren zum Aufheizen einer mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagten Katalysatoreinrichtung - Google Patents

Verfahren zum Aufheizen einer mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagten Katalysatoreinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagten Katalysatoreinrichtung einer mindestens einen Zylinder aufweisenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird in einem Betriebszustand nach dem Start der Brennkraftmaschine, in dem die Katalysatoreinrichtung eine vorbestimmte Mindesttemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat, zusätzlich zu einer Zufuhr einer ersten Kraftstoffmenge in die Brennkammer des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine vor einem definierten Zündzeitpunkt zur Entflammung eines brennfähigen Kraftstoff-Luftgemisches eine zweite Kraftstoffmenge in die Brennkammer des Zylinders nach dem definierten Zündzeitpunkt zugeführt, derart, dass die zweite Kraftstoffmenge innerhalb der Brennkammer zumindest anteilig - vorzugsweise vollständig - nicht verbrannt wird. Ferner wird dem in den Abgastrakt ausgestoßenen und durch die zweite Kraftstoffmenge angereicherten Luft-Kraftstoffgemisch vor Erreichen der Katalysatoreinrichtung oder in der Katalysatoreinrichtung Sekundärluft zugeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagten (nicht angesprungenen bzw. nicht ausreichend erwärmten) Katalysatoreinrichtung einer mindestens einen Zylinder aufweisenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine – insbesondere einer Ottobrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs – gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zum Aufheizen von Katalysatoreinrichtungen sind bereits verschiedenste Maßnahmen aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere für Ottomotoren mit Direkteinspritzung (wie sie bevorzugt auch Gegenstand der Erfindung sind) existieren prinzipiell zwei verschiedene Möglichkeiten die Abgastemperatur zu erhöhen, ohne zusätzliche Komponenten wie zusätzliche Brennereinrichtungen oder dergleichen zu verwenden. Zum einen kann durch eine Spätziehung der Zündung unter Verschlechterung des Wirkungsgrades der innermotorischen Verbrennung eine derartige Aufheizung des Abgases erreicht werden.
  • Zum anderen kann durch eine zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff eine Nachverbrennung in der Zylinderbrennkammer (und hierdurch eine zusätzliche Aufheizung des Abgases) erreicht werden ( DE 101 00 682 A1 ). Diese zusätzliche Nacheinspritzung ist bei einer dieselmotorischen Verbrennung Stand der Technik. Derartige Maßnahmen bei einem deutlich niedriger verdichteten Ottomotor sind bislang hingegen nicht bekannt.
  • Des Weiteren sind aus der DE 10 2004 048 335 A1 eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine und ein zugehöriges Betriebsverfahren bekannt. Dabei weist die Abgasanlage eine zusätzliche Pre-Oxidationseinheit auf, über die extern zusätzlicher Sekundär-Kraftstoff sowie zusätzliche Sekundär-Luft in den Abgasstrom vor der Katalysatoreinrichtung beigemischt werden. Hierdurch wird ausgehend von einem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine exotherme Reaktion initiiert oder unterstützt und die Katalysatoreinrichtung schnellstmöglich aufgeheizt und auf die erforderliche Konvertierungstemperatur gebracht.
  • Ferner ist aus der DE 100 06 609 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem zwischen einem Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine bei Volllast und einem Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine bei Leerlauf oder Teillast hin- und hergeschaltet wird. Durch das vorgestellte Verfahren soll ein Auskühlen einer bereits im Konvertierungsbetrieb befindlichen Katalysatoreinrichtung in Teillast- oder Leerlaufphasen verhindert werden. Dies soll dadurch erreicht werden, dass in Abhängigkeit von der Temperatur des angesprungenen Katalysators zumindest eine zusätzliche Einspritzung nach erfolgter Verbrennung durchgeführt wird, die dazu dient im Bereich des Auspuffkrümmers oder des Katalysators ein brennfähiges Gemisch zur Aufrechterhaltung der vorliegenden Betriebstemperatur des Katalysators bereitzustellen.
  • Aus der DE 199 63 902 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, durch dass die Alterung eines Katalysators ermittelbar ist. Hierbei wird einer betriebswarmen Brennkraftmaschine gezielt zusätzliche Sekundärluft und/oder zusätzlicher Kraftstoff zugeführt und somit die exotherme Reaktion des Katalysators verstärkt. In Abhängigkeit von der sich im oder nach dem Katalysator einstellenden Abgastemperatur wird auf die Konvertierungsfähigkeit und damit auf den Alterungszustand des Katalysators geschlossen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches möglichst ohne zusätzliche Bauteilkomponenten eine möglichst schnelle Aufheizung einer Katalysatoreinrichtung nach erfolgtem Kaltstart der Brennkraftmaschine bei geringen emittierten HC-Emissionen zu gewährleistet. Im Sinne der Erfindung wird unter einem Kaltstart der Brennkraftmaschine jeder Start der Brennkraftmaschine verstanden, bei dem die Brennkraftmaschine im Startzeitpunkt eine vorbestimmte Mindesttemperatur nicht aufweist (z. B. Mindestöltemperatur oder Mindest-Kühlwassertemperatur oder dergleichen).
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zur schnellstmöglichen Aufheizung einer Katalysatoreinrichtung einer fremdgezündeten ottomotrischen Brennkraftmaschine, zusätzlich zur Kraftstoffeinbringung, welche für die motorische Verbrennung notwendig ist, eine der Zündung nachgelagerte Einspritzung bzw. Kraftstoffzufuhr in den Brennraum des Zylinders vorzunehmen, wobei die nachgelagerte zusätzliche Kraftstoffzufuhr nicht mehr oder nicht mehr vollständig an der Zylinderverbrennung teilnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass in Verbindung mit einer zeitlich und örtlich nachgelagerten Sekundärlufteinblasung (örtlich jedoch vor der Katalysatoreinrichtung angeordnet) eine Nachoxidation im Abgassystem erfolgt, die eine gezielte Aufheizung des, der Katalysatoreinrichtung zugeführten Abgases gewährleistet. Durch die erhöhte exotherme Nachreaktion ist ein schnellerer Light-Off (Temperaturgrenze der Katalysatoreinrichtung, ab der diese betriebsbereit ist bzw. ab der diese ein Mindestmaß der katalytischen Wirkung gewährleistet) der Katalysatoreinrichtung und eine Verringerung der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine möglich. Diese Maßnahme ist bei derzeitigen Ottomotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung und Sekundärluftsystem eine rein funktionale Maßnahme und erfordert somit kein zusätzliches Bauteil und keine konstruktive Änderung der Brennkraftmaschine.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die nach Zündung zugeführte Kraftstoffmenge und/oder die nach Zündung zugeführte Sekundärluftmenge variierbar. Insbesondere erfolgt die Variierung in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter – vorzugsweise in Abhängigkeit von der seit dem (Kalt-)Start der Brennkraftmaschine bereits verstrichenen Zeitdauer.
  • In einer anderen bevorzugten Weiterbildung kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder auch unabhängig hiervon, der Zeitpunkt, zu dem nach Zündung die zusätzliche Kraftstoffzufuhr erfolgen soll und/oder der Zeitpunkt zu dem nach Zündung die zusätzliche Sekundärluftmenge zugeführt werden soll (bzw. die Zeitdauer, die bis zu diesem Zeitpunkt verstreichen soll) in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter variiert werden. Mit Vorteil erfolgt die Variierung des Zeitpunktes bzw. der Zeitdauer (nach dem Zündzeitpunkt) in Abhängigkeit von der seit dem (Kalt-)Start der Brennkraftmaschine bereits verstrichenen Zeitdauer (Brennkraftmaschinenlaufzeit seit letztem Start).
  • Bevorzugt wird mit größer werdender Betriebszeit der Brennkraftmaschine seit dem letzten Startvorgang die nach erfolgter Zündung zuzuführende bzw. einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht und/oder die Zeitdauer zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Zeitpunkt der zusätzlichen Kraftstoffzufuhr vergrößert.
  • Die nach erfolgter Zündung einzuspritzende Kraftstoffmenge kann dabei jeweils auf eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Einspritzzeitpunkte verteilt werden. Auch die zugeführte Sekundärluftmenge kann in Abhängigkeit von der seit dem (Kalt-)Start der Brennkraftmaschine bereits verstrichenen Zeitdauer (Brennkraftmaschinenlaufzeit seit letztem Start) verändert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10100682 A1 [0003]
    • - DE 102004048335 A1 [0004]
    • - DE 10006609 A1 [0005]
    • - DE 19963902 A1 [0006]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Aufheizen einer mit Kohlenwasserstoffen beaufschlagten Katalysatoreinrichtung einer mindestens einen Zylinder aufweisenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei – in einem Betriebszustand nach den Start der Brennkraftmaschine, in dem die Katalysatoreinrichtung eine vorbestimmte Mindesttemperatur noch nicht erreicht oder überschritten hat, zusätzlich zu einer Zufuhr einer ersten Kraftstoffmenge in die Brennkammer des mindestens einen Zylinders der Brennkraftmaschine, vor einem definierten Zündzeitpunkt zur Entflammung eines brennfähigen Kraftstoff-Luftgemisches, eine Zufuhr einer zweiten Kraftstoffmenge in die Brennkammer des Zylinders nach dem definierten Zündzeitpunkt erfolgt, derart, dass die zweite Kraftstoffmenge innerhalb der Brennkammer zumindest anteilig nicht verbrannt wird, und wobei – dem in den Abgastrakt ausgestoßenen und durch die zweite Kraftstoffmenge angereicherten Luft-Kraftstoffgemisch vor Erreichen der Katalysatoreinrichtung oder in der Katalysatoreinrichtung Sekundärluft zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Kraftstoffzufuhr nach erfolgter Zündung erfolgt, in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter variiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer in Abhängigkeit von der Betriebszeitdauer nach Start der Brennkraftmaschine variiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Kraftstoffzufuhr nach erfolgter Zündung erfolgt, mit größer werdender Betriebszeitdauer der Brennkraftmaschine vergrößert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge der Kraftstoffzufuhr nach Zündung in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter variiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge mit größer werdender Betriebszeitdauer der Brennkraftmaschine erhöht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge verteilt auf unterschiedliche aufeinander folgende Zuführzeitpunkte erfolgt.
  8. Verfahren ach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der zugeführten Sekundärluft in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter variiert wird.
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