WO2015086129A2 - Heizverfahren für einen katalysator einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heating method for a catalyst of a
- Combustion of fuel is operated, in which an exhaust aftertreatment of emitted by the internal combustion engine raw emissions is performed.
- Such a heating method is already known from DE 100 43 375 A1 as known.
- a measure of the temperature of the catalyst is first formed, in which below a predetermined temperature of the catalyst, a first heating measure takes place, in which the temperature of the exhaust gas is increased, wherein above the predetermined temperature alternatively or in addition to the first heating measure, a second heating measure takes place, in which the catalyst in addition to the exhaust gas
- Heat energy is discharged into the exhaust tract, instead of being used for driving the crankshaft. Accordingly, it comes in the first measure as well in the second measure to loss of efficiency and accordingly increased consumption of the internal combustion engine, the increased consumption for the quickest possible heating of the catalyst is accepted.
- Internal combustion engine consisting of an insulating air layer first zone and at least substantially from this first zone partially enclosed second zone, which contains a combustible air-fuel mixture in the region of the ignition source (spark plug) is formed.
- Raw emissions are often so low that a minimum operating temperature of respective catalysts used (for example, NO x storage catalysts) is not achieved.
- This minimum operating temperature of these catalysts is generally referred to as so-called light-off temperature and indicates a limit temperature, from which a conversion of the pollutants contained in the exhaust gas by means of
- Catalyst can be effectively carried out.
- Object of the present invention is to provide a heating method for a catalyst of an internal combustion engine, by means of which the so-called light-off temperature of a catalyst used under particularly low
- Operating temperature of a catalyst used can be achieved as quickly as possible with particularly low efficiency losses of the internal combustion engine, it is provided according to the invention that before starting the exhaust aftertreatment sucked by the internal combustion engine air quantity of fresh air reduces and thereby the temperature of the raw emissions is increased.
- Raw emissions correspond to the exhaust gas expelled by the internal combustion engine before it enters any exhaust aftertreatment systems, such as the catalyst. Accordingly, this exhaust gas, so the raw emissions, one
- the average temperature in the combustion chamber can now be increased if the amount of air which forms the poor or non-combustible zone in the combustion chamber is reduced during the charge exchange, that is to say during the supply of fresh air.
- the proportion of combustible mixture (around the ignition source) is accordingly increased in comparison to the total amount of charge contained in the combustion chamber.
- increases the proportion of combustible mixture (around the ignition source) is accordingly increased in comparison to the total amount of charge contained in the combustion chamber.
- the amount of air is reduced by means of respective charge exchange organs of the internal combustion engine.
- Charge exchange organs include, for example, intake manifolds or throttle valves.
- gas oscillations according to the acoustic principle are used by means of such variable intake pipes to achieve a particularly high so-called delivery rate
- an overpressure shaft favors the introduction of a particularly large amount of air in the combustion chamber, but instead the intake manifold length of the intake manifolds are deliberately curved, so the fresh air duct in the intake manifolds aware at least before starting the Exhaust aftertreatment be degraded to produce a lower intake air amount of fresh air.
- the respective charge exchange organs comprise a plurality of gas exchange valves.
- the charge exchange can be particularly fast and with particularly low throttle losses. Furthermore, by using a plurality of gas exchange valves, that is, a plurality of intake valves, or exhaust valves, the charge exchange can be particularly fast and with particularly low throttle losses. Furthermore, by using a plurality of gas exchange valves, that is, a plurality of intake valves, or exhaust valves, the charge exchange can be particularly fast and with particularly low throttle losses. Furthermore, by using a plurality of
- Gas exchange valves particularly effective influence on the so-called charge movement within the combustion chamber, so the combustion chamber are taken.
- one of the intake valves could be opened further than the other, and accordingly an air supply of the inflowing air quantity of fresh air takes place as required.
- This could e.g. the expression of so-called twisting movements and additionally or alternatively e.g. so-called Tumblemony the fresh air are supported, which is of particular interest, if the
- the charge exchange organs include a variable valve train.
- a variable valve train By means of such a variable valve train, both respective valve lifts and additionally or alternatively valve spread as well
- Opening times of the gas exchange valves are set particularly free.
- the charge exchange work in which so-called throttle losses are to be overcome, be reduced to a particular extent, since in particular the throttle losses are greatly reduced.
- the variable valve train accordingly influences the mixture preparation and the
- variable valve train is particularly suitable for reducing the intake air amount of fresh air, as high
- Charge change losses can be avoided and the mass flow of the intake air can be set very quickly, at the same time the throttle losses are reduced and thus their negative impact on the charge cycle work and consumption.
- the charge exchange organs comprise at least one camshaft.
- the charge exchange organs comprise at least one camshaft.
- camshafts are usually mechanical with the crankshaft of the internal combustion engine
- the at least one camshaft comprises respective plateau cams.
- This plateau cam have a Plateaukontur, whereby the respective actuated by this type of cam gas exchange valves remain particularly long in an open state and thus additionally any throttle losses which result especially in the flow through narrow valve gaps, can be reduced.
- the temperature of the raw emissions is increased at least to the value of the light-off temperature of the catalyst.
- the achievement of the so-called light-off temperature of the catalyst is a condition for its proper operation and thus for the conversion of pollutants. The higher the temperature of the raw emissions above the value of this light-off temperature, the faster the catalyst is heated, and the earlier it starts with the conversion of the in the
- Raw emissions contained pollutants.
- the internal combustion engine is operated under partial load at least before starting the exhaust gas aftertreatment.
- the emission of pollutants is associated with the injection quantity of the injected into the combustion chamber (combustion chamber) fuel, and accordingly in full load operation of the Internal combustion engine also more pollutants, such as nitrogen oxides (NO x ) due to increased combustion temperatures and in particular
- This figure shows a schematic representation of a single cylinder of an only partially shown internal combustion engine, wherein respective
- Charge exchange organs are controlled by a control unit (ECU) dependent on temperature or controlled.
- ECU control unit
- the figure shows a schematic representation of a portion of a
- a gas exchange valve 24 formed as an exhaust valve after combustion.
- the gas exchange valves 22, 24 side by side as a spark plug are between the gas exchange valves 22, 24 side by side as a spark plug
- trained ignition source 26 as well as an injection nozzle for direct injection trained injector 28 is arranged.
- a the ignition source 26 with electrical energy supplying energy storage is not shown.
- the gas exchange valves 22, 24 are intermittently opened by means of respective camshafts 42, 48 or remain closed as a result of a spring force of respective valve springs (not shown here).
- the camshaft 42 which operates the gas exchange valve 22 (intake valve), is designed as a so-called intake camshaft and the camshaft 48, by means of which the gas exchange valve 24 (exhaust valve) can be actuated, is designed as a so-called exhaust camshaft.
- Both camshafts 42, 48 rotate in response to the crankshaft 12 of the internal combustion engine 10 and are mechanically coupled to the crankshaft 12, which is not further illustrated in this figure.
- the two camshafts 42, 48 include respective cams 44 each having a different contour.
- the camshaft 42 may have plateau cams as the cam 44
- the camshaft 48 (exhaust camshaft) may have a so-called circular arc cam as the cam 44, for example.
- Gas exchange valves 22, 24 result in the latter correspondingly different so-called valve lift curves.
- the valve lift of the gas exchange valve 22 (intake valve) is influenced by engagement of a variable valve train 46, wherein by engagement of the variable valve train 46, an amount of air 62 of the fresh air 60 can be reduced under particularly low throttle losses, so that accordingly in a stratified mode of operation of the internal combustion engine 10, a proportion can be reduced to less flammable or non-flammable working gas.
- the process temperatures in the combustion chamber 20 increase during combustion, which accordingly increases a temperature 54 of the raw emissions 66, which are passed via the outlet channel to a catalyst 50, which is designed here as NO x -Speicherichat.
- the catalyst 50 has a characteristic
- Operating temperature which is referred to as light-off temperature 52, on, wherein the catalyst 50 is heated from reaching this light-off temperature 52 to a sufficiently high temperature, from which pollutants, such as nitrogen oxides (NO x ) particularly effective can be converted.
- pollutants such as nitrogen oxides (NO x ) particularly effective
- the gas exchange valves 22, 24, the variable valve train 46 and the two camshafts 42, 48 are also referred to as so-called charge exchange organs 40.
- charge exchange organs 40 In the present example, only the gas exchange valve 22 (inlet valve) by the variable valve train 46 with respect to its valve lift curve influenced. It is clear that another variable valve train 46, however, also for influencing the
- Valve lift curve of the gas exchange valve 24 could be provided.
- the variable valve train 46 as well as the ignition source 26 (spark plug) and the injector 28 are controlled by a control unit 70 (ECU) of the internal combustion engine 10.
- ECU control unit 70
- respective signals corresponding to the light-off temperature 52 and the temperature 54 of the raw emissions 66 are also detected.
- the control device 70 therefore, e.g. the variable valve train 46 are controlled as a function of the temperature 54, or the time course of the temperature 54, so that the air quantity 62 before starting the
- Exhaust gas aftertreatment that is, before the catalytic converter 50 has reached its light-off temperature 52, can be reduced by engagement of the variable valve drive 46 in the valve lift of the gas exchange valve 22.
- the temperature 54 of the raw emissions 66 can be raised and the catalyst 50 can be heated faster to its light-off temperature 52. Since the catalyst 50 undergoes aging phenomena during its lifetime, it is recommended that the development of the light-off temperature 52 be recorded over time. It may accordingly be necessary to reduce the amount of air 62 and thereby the temperature 52 to the
- the sucked by the internal combustion engine 10 air volume 62 is reduced to fresh air 60 by controlling and regulating the charge transfer devices 40 by means of the controller, thereby increasing the temperature 54 of the raw emissions 66.
- Fuel consumption are operated.
- the temperature 54 of the raw emissions 66 is by control and control of the charge exchange organs 40 by the controller 70 to a value above the light-off temperature 52 of
- Catalyst 50 increased. To be able to save a particularly high amount of fuel, At least before starting the exhaust gas aftertreatment, that is, before the catalytic converter 50 has reached its light-off temperature 52, the internal combustion engine 10 is operated under partial load. It is clear that even during operation of the internal combustion engine 10 at particularly low load points, ie at a particularly low engine speed and load of the internal combustion engine 10, the operating temperature of the catalytic converter 50 can cool and accordingly drop to a value below the light-off temperature 52. By means of the regulation and control of
- the amount of air 62 of the fresh air 60 can be reduced so far under particularly low throttle losses that falls below the light-off temperature 52 even at such low load points of
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Heizverfahren für einen Katalysator (50) einer Verbrennungskraftmaschine (10), welche unter Ladungsschichtung von Frischluft (60) zur Verbrennung von Kraftstoff betrieben wird. Durch den Katalysator (50) wird eine Abgasnachbehandlung von durch die Verbrennungskraftmaschine (10) emittierten Rohemissionen (66) durchgeführt. Vor dem Starten der Abgasnachbehandlung wird eine durch die Verbrennungskraftmaschine (10) angesaugte Luftmenge (62) an Frischluft (60) verringert und dadurch die Temperatur (54) der Rohemissionen (66) erhöht.
Description
Heizverfahren für einen Katalysator einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Heizverfahren für einen Katalysator einer
Verbrennungskraftmaschine, welche unter Ladungsschichtung von Frischluft zur
Verbrennung von Kraftstoff betrieben wird, bei welchem eine Abgasnachbehandlung von durch die Verbrennungskraftmaschine emittierten Rohemissionen durchgeführt wird.
Ein derartiges Heizverfahren ist bereits der DE 100 43 375 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem dortigen Verfahren zur Aufheizung eines Katalysators bei Verbrennungsmotoren wird zunächst ein Maß für die Temperatur des Katalysators gebildet, bei welchem unterhalb einer vorbestimmten Temperatur des Katalysators eine erste Heizmaßnahme erfolgt, bei welcher die Temperatur des Abgases erhöht wird, wobei oberhalb der vorbestimmten Temperatur alternativ oder ergänzend zur ersten Heizmaßnahme eine zweite Heizmaßnahme erfolgt, bei der dem Katalysator neben dem Abgas ein
reaktionsfähiges Gemisch zugeführt wird, dessen Reaktion im Katalysator dort Wärme freisetzt. Als die erste Maßnahme wird bei dem dortigen Heizverfahren eine Änderung des Zündwinkels vorgeschlagen, wobei durch eine sogenannte Spätverstellung des Zündwinkels eine Abgastemperaturerhöhung und dementsprechend ein Aufheizen des Katalysators herbeigeführt wird. Als die zweite Maßnahme wird bei dem dortigen
Verbrennungsmotor mit Benzindirekteinspritzung eine an die Verbrennung anschließende Kraftstoff-Nacheinspritzung vorgeschlagen. In Folge dieser Kraftstoff-Nacheinspritzung wird das Abgas im Bereich des Abgastraktes auf eine besonders hohe Temperatur erhöht. Sowohl die erste vorgeschlagene Maßnahme, als auch die zweite Maßnahme bewirken ein besonders rasches Aufheizen des dortigen Katalysators. In Folge der Spätverstellung des Zündwinkels (erste Maßnahme) kommt es jedoch zu einer
dementsprechenden Spätverstellung des sogenannten Verbrennungsschwerpunktes, wobei ein Großteil der sich bei der Verbrennung entwickelnden Energie als
Wärmeenergie in den Abgastrakt abgegeben wird, anstatt zum Antreiben der Kurbelwelle genutzt zu werden. Dementsprechend kommt es bei der ersten Maßnahme ebenso wie
bei der zweiten Maßnahme zu Wirkungsgradeinbußen und dementsprechend erhöhtem Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine, wobei der erhöhte Verbrauch zum möglichst raschen Aufheizen des Katalysators in Kauf genommen wird.
Derzeit ist es üblich, Verbrennungskraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung zumindest im Teillastbetrieb mit einer geschichteten Frischluftladung bei hohem
Luftüberschuss (Verbrennungsluftverhältnis λ größer 1) zu betreiben. Dadurch wird ein besonders niedriger Kraftstoffverbrauch erreicht, wobei durch die Ladungsschichtung die Kraftstoffeinspritzung derart spät erfolgt, dass in der Brennkammer der
Verbrennungskraftmaschine eine aus einer isolierenden Luftschicht bestehende erste Zone und eine zumindest im Wesentlichen von dieser ersten Zone bereichsweise umschlossene zweite Zone, welche ein brennfähiges Luft-Kraftstoffgemisch im Bereich der Zündquelle (Zündkerze) enthält, gebildet wird. Durch diesen Schichtbetrieb können zwar besonders hohe Wirkungsgrade erzielt werden, jedoch sind die dabei die
Abgastemperaturen der durch die Verbrennungskraftmaschinen emittierten
Rohemissionen häufig derart gering, dass eine minimale Betriebstemperatur jeweiliger eingesetzter Katalysatoren (zum Beispiel NOx-Speicherkatalysatoren) nicht erreicht wird. Diese minimale Betriebstemperatur dieser Katalysatoren wird im Allgemeinen als sogenannte Light-Off-Temperatur bezeichnet und gibt dabei eine Grenztemperatur an, ab welcher eine Konvertierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe mittels des
Katalysators wirksam durchgeführt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Heizverfahren für einen Katalysator einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mittels welchem die sogenannte Light-Off- Temperatur eines eingesetzten Katalysators unter besonders geringen
Wirkungsgradeinbußen zügig erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Heizverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Um ein Heizverfahren für einen Katalysator einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mittels welchem die Light-Off-Temperatur, also die minimale
Betriebstemperatur eines eingesetzten Katalysators möglichst rasch unter besonders geringen Wirkungsgradeinbußen der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor dem Starten der Abgasnachbehandlung eine durch die Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luftmenge an Frischluft
verringert und dadurch die Temperatur der Rohemissionen erhöht wird. Die
Rohemissionen entsprechen dem durch die Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen Abgas, bevor dieses in etwaige Abgasnachbehandlungssysteme, wie den Katalysator eintritt. Dementsprechend enthält dieses Abgas, also die Rohemissionen, eine
vergleichsweise große Konzentration an Schadstoffen, wie beispielsweise Stickoxiden (NOx). Da im - üblicherweise unter Teillast betriebenen - Schichtladebetrieb ein besonders mageres (λ deutlich größer als 1 ) Verbrennungsgemisch vorliegt, sind die Temperaturen beim Schichtladebetrieb (Ladungsschichtung) im Brennraum besonders gering, zumal bei dieser Betriebsart im Bereich um die Zündkerze (Zündquelle) ein zündfähiges Gemisch besteht, wohingegen im übrigen Brennraum ein besonders schwer zündfähiges Gemisch, beziehungsweise sogar nicht brennbares Gemisch oder sogar kraftstofffreie Frischladung vorliegt. In Folge des brennbaren Gemisches im Bereich um die Zündquelle entstehen lokal besonders hohe Temperaturen, wohingegen der weniger zündfähige
beziehungsweise unbrennbare und demzufolge extrem magere Bereich nicht entflammt oder nur verzögert entflammt und dementsprechend besonders niedrigere Temperaturen aufweist. Dementsprechend kann nun die Durchschnittstemperatur im Brennraum angehoben werden, wenn die Luftmenge, welche im Brennraum die schlecht, bzw. nicht brennbare Zone bildet, während des Ladungswechsels, also während der Frischluftzufuhr verringert wird. Durch diese Verringerung wird dementsprechend auch der Anteil brennfähigen Gemisches (um die Zündquelle) im Vergleich zur gesamten im Brennraum enthaltenen Ladungsmenge erhöht. In Folge dessen steigt auch die
Durchschnittstemperatur der Rohemissionen, wodurch der in den Abgastrakt eingebaute Katalysator schneller seine Betriebstemperatur (Light-Off-Temperatur) erreicht und dementsprechend der Beginn der Abgasnachbehandlung und damit die Konvertierung von Schadstoffen durch rasches Aufheizen des Katalysators beschleunigt werden kann. Die Verringerung der angesaugten Luftmenge an Frischluft ist also insbesondere vor dem Starten der Abgasnachbehandlung, also bevor der Katalysator seine Light-Off- Temperatur erreicht hat, besonders hilfreich, um ein Aufheizen des Katalysators zu beschleunigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Luftmenge mittels jeweiliger Ladungswechselorgane der Verbrennungskraftmaschine verringert. Zu derartigen
Ladungswechselorganen gehören zum Beispiel Schaltsaugrohre oder Drosselklappen. So werden beispielsweise mittels solcher Schaltsaugrohre Gasschwingungen nach dem akustischen Prinzip genutzt, um einen besonders hohen sogenannten Liefergrad
(besonders hohe tatsächlich im Zylinder enthaltene Frischladung im Vergleich zur theoretisch maximal möglichen Füllung) zu erreichen. Dabei bedient man sich durch
günstige Abstimmung der Saugrohrlänge eines Nachladeeffektes, bei welchem eine Druckwelle an einem offenen Einlassventil ankommt und aufgrund dieser Druckwelle auch eine erhöhte Einströmmenge an Frischluft, bzw. Frischladung in den Zylinder erreicht wird. Derartige Schaltsaugrohre können jedoch auch dazu verwendet werden, die Gasschwingungen derart zu führen, dass der Liefergrad bewusst verringert wird und dementsprechend auch die angesaugte Luftmenge reduziert wird. Es kann also mit anderen Worten mittels dieser Schaltsaugrohre beispielsweise bewusst vermieden werden, dass eine Überdruckwelle das Einbringen einer besonders großen Luftmenge in den Brennraum begünstigt, sondern stattdessen die Saugrohrlänge der Schaltsaugrohre bewusst verkrümmt werden, also die Frischluftführung in den Schaltsaugrohren bewusst zumindest vor dem Starten der Abgasnachbehandlung verschlechtert werden, um eine geringere angesaugte Luftmenge an Frischluft zu erzeugen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die jeweiligen Ladungswechselorgane eine Mehrzahl von Gaswechselventilen umfassen. Durch das Verwenden einer Mehrzahl von Gaswechselventilen, also mehrerer Einlassventile, beziehungsweise Auslassventile kann der Ladungswechsel besonders schnell und unter besonders geringen Drosselverlusten erfolgen. Des Weiteren kann durch die Verwendung einer Mehrzahl von
Gaswechselventilen besonders wirksam Einfluss auf die sogenannte Ladungsbewegung innerhalb des Brennraums, also der Brennkammer genommen werden. So könnte beispielsweise eines der Einlassventile weiter geöffnet werden, als das andere und dementsprechend besonders bedarfsgerecht eine Luftführung der einströmenden Luftmenge an Frischluft erfolgen. Dadurch könnte z.B. die Ausprägung sogenannter Drallbewegungen und zusätzlich oder alternativ z.B. sogenannter Tumblebewegungen der Frischluft unterstützt werden, was besonders von Interesse ist, wenn die
Verbrennungskraftmaschine in einem höheren Lastbereich und damit nicht mehr unter Ladungsschichtung, sondern unter homogener Gemischbildung betrieben wird.
Von ganz besonderem Vorteil ist es weiterhin, wenn die Ladungswechselorgane einen variablen Ventiltrieb umfassen. Mittels eines derartigen variablen Ventiltriebs können sowohl jeweilige Ventilhübe und zusätzlich oder alternativ Ventilspreizung sowie
Öffnungszeiten der Gaswechselventile besonders frei eingestellt werden. Mittels des variablen Ventiltriebs kann die Ladungswechselarbeit, bei welcher auch sogenannte Drosselverluste zu überwinden sind, in besonderem Maße reduziert werden, da insbesondere die Drosselverluste stark verringert werden. Der variable Ventiltrieb beeinflusst dementsprechend auch die Gemischaufbereitung sowie die
Verbrennungsqualität und dementsprechend auch den spezifischen Verbrauch, bzw. den
Verbrauch von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere wenn diese als Ottomotoren betrieben werden. Dementsprechend eignet sich der variable Ventiltrieb in besonderem Maße zur Verringerung der angesaugten Luftmenge an Frischluft, da hohe
Ladungswechselverluste vermieden werden können und der Massenstrom der Ansaugluft besonders zügig eingestellt werden kann, wobei gleichzeitig die Drosselverluste verringert werden und damit auch deren negativer Einfluss auf die Ladungswechselarbeit und den Verbrauch.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Ladungswechselorgane wenigstens eine Nockenwelle umfassen. Bei Motoren mit wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil pro Zylinder ist es üblich, zwei Nockenwellen
einzusetzen, wobei eine der Nockenwellen als sogenannte Einlassnockenweile zum Betätigen der jeweiligen Einlassventile und die andere Nockenwelle als sogenannte Auslassventile zum Betätigen der Auslassventile verwendet wird. Die Nockenwellen sind üblicherweise mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mechanisch
gekoppelt, wodurch eine besonders exakt getaktete Ventilbetätigung in Abhängigkeit von der Ko Iben beweg ung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die wenigstens eine Nockenwelle jeweilige Plateaunocken. Dieser Plateaunocken weisen eine Plateaukontur auf, wodurch die jeweiligen durch diese Nockenart betätigten Gaswechselventile besonders lange in einem öffnungszustand verharren und somit zusätzlich etwaige Drossel Verluste welche sich vor allem bei der Durchströmung enger Ventilspalte ergeben, verringert werden können.
Bevorzugt wird die Temperatur der Rohemissionen zumindest auf den Wert der Light-Off- Temperatur des Katalysators erhöht. Das Erreichen der sogenannten Light-Off- Temperatur des Katalysators ist Bedingung für dessen einwandfreien Betrieb und damit für die Konvertierung der Schadstoffe. Je höher die Temperatur der Rohemissionen oberhalb dem Wert dieser Light-Off-Temperatur liegt, desto rascher wird der Katalysator aufgeheizt, und umso früher beginnt dieser mit der Konvertierung der in den
Rohemissionen enthaltenen Schadstoffe.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine zumindest vor dem Starten der Abgasnachbehandlung unter Teillast betrieben wird. Der Schadstoffausstoß geht mit der Einspritzmenge des in den Brennraum (Brennkammer) eingespritzten Kraftstoffs einher, wobei dementsprechend im Volllastbetrieb der
Verbrennungskraftmaschine auch mehr Schadstoffe, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) infolge erhöhter Verbrennungstemperaturen und insbesondere
Verbrennungsspitzentemperaturen entstehen. Da vor dem Starten der
Abgasnachbehandlung durch den Katalysator dessen Light-Off-Temperatur noch nicht erreicht wurde und dementsprechend eine Konvertierung der Schadstoffe nicht oder nur teilweise möglich ist, sollte dementsprechend die Verbrennungskraftmaschine unter Teillast betrieben werden, um die Schadstoffanteile beziehungsweise die
Schadstoffmenge im ausgestoßenen Abgas möglichst gering zu halten, so lange der Katalysator noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat. Es ist klar, dass der Betrieb unter Teillast jedoch nur möglich ist, sofern dies mit dem Fahrerwunsch vereinbar ist.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in
Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Figur.
Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung eines einzelnen Zylinders einer lediglich teilweise dargestellten Verbrennungskraftmaschine, wobei jeweilige
Ladungswechselorgane mittels eines Steuergeräts (ECU) temperaturabhängig geregelt beziehungsweise gesteuert werden.
Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilbereich einer
Verbrennungskraftmaschine 10, wobei eine Brennkammer 20 durch einen Zylinder 18 sowie durch einen Kolben 16, welcher in Abhängigkeit einer Rotation einer Kurbelwelle 12 unter Vermittlung eines Pleuels 14 intermittierend auf und ab bewegt wird, gebildet wird. An einen oberen Bereich (Brennraumdach) des Zylinders 18 schließen einerseits ein Einlasskanal 32 zum Zuführen von Frischluft 60 zu einem als Einlassventil ausgebildeten Gaswechselventil 22 und andererseits ein Auslasskanal 34 zum Abführen von
Rohemissionen 66 durch öffnen eines als Auslassventil gebildeten Gaswechselventils 24 nach erfolgter Verbrennung an. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwischen den Gaswechselventilen 22, 24 nebeneinander eine als Zündkerze
ausgebildete Zündquelle 26 sowie ein als Einspritzdüse zur Direkteinspritzung
ausgebildeter Injektor 28 angeordnet. Eine den Injektor 28 mit Kraftstoff versorgende Kraftstoffpumpe, ein Kraftstoffbehälter oder etwaige Kraftstoffleitungen sind hier nicht dargestellt. Ebenso ist auch eine die Zündquelle 26 mit elektrischer Energie versorgender Energiespeicher nicht dargestellt. In Abhängigkeit davon, in welchem der vier Takte die Verbrennungskraftmaschine 10 gerade betrieben wird, werden die Gaswechselventile 22, 24 mittels jeweiliger Nockenwellen 42, 48 intermittierend geöffnet beziehungsweise bleiben diese in Folge einer Federkraft jeweiliger hier nicht dargestellter Ventilfedern geschlossen. Die Nockenwelle 42, welche das Gaswechselventil 22 (Einlassventil) bedient, ist als sogenannte Einlassnockenwelle ausgebildet und die Nockenwelle 48, mittels welcher das Gaswechselventil 24 (Auslassventil) betätigt werden kann, ist als sogenannte Auslassnockenwelle ausgebildet. Beide Nockenwellen 42, 48 rotieren in Abhängigkeit der Kurbelwelle 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 und sind mit der Kurbelwelle 12 mechanisch gekoppelt, was in dieser Figur nicht weiter dargestellt ist. Die beiden Nockenwellen 42, 48 umfassen jeweilige Nocken 44 jeweils unterschiedlicher Kontur. So kann die Nockenwelle 42 beispielsweise Plateaunocken als Nocken 44 aufweisen, wohingegen die Nockenwelle 48 (Auslassnockenwelle) beispielsweise als den Nocken 44 einen sogenannten Kreisbogennocken aufweisen kann. In Abhängigkeit der Nockenkonturen, beziehungsweise in Abhängigkeit von den Stößelflächen der
Gaswechselventile 22, 24 ergeben sich für letztere entsprechend unterschiedliche sogenannte Ventilerhebungskurven. Die Ventilerhebung des Gaswechselventils 22 (Einlassventil) wird durch Eingriff eines variablen Ventiltriebs 46 beeinflusst, wobei durch Eingriff des variablen Ventiltriebs 46 eine Luftmenge 62 der Frischluft 60 unter besonders geringen Drosselverlusten verringert werden kann, so dass dementsprechend bei einem Schichtladebetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 ein Anteil an schwer entzündlichen beziehungsweise nicht brennbarem Arbeitsgas verringert werden kann. Dadurch steigen die Prozesstemperaturen in der Brennkammer 20 während der Verbrennung, wodurch dementsprechend eine Temperatur 54 der Rohemissionen 66 ansteigt, welche über den Auslasskanal zu einem Katalysator 50, welcher vorliegend als NOx-Speicherkat ausgebildet ist, geleitet werden. Der Katalysator 50 weist eine charakteristische
Betriebstemperatur, welche als Light-Off-Temperatur 52 bezeichnet wird, auf, wobei der Katalysator 50 ab dem Erreichen dieser Light-Off-Temperatur 52 auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt ist, ab welcher Schadstoffe, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) besonders wirksam konvertiert werden können.
Die Gaswechselventile 22, 24, der variable Ventiltrieb 46 sowie die beiden Nockenwellen 42, 48 werden auch als sogenannte Ladungswechselorgane 40 bezeichnet. In dem vorliegenden Beispiel wird lediglich das Gaswechselventil 22 (Einlassventil) durch den
variablen Ventiltrieb 46 hinsichtlich seiner Ventilerhebungskurve beeinflusst. Es ist klar, dass ein weiterer variabler Ventiltrieb 46 jedoch auch zur Beeinflussung der
Ventilerhebungskurve des Gaswechselventils 24 (Auslassventil) vorgesehen sein könnte. Der variable Ventiltrieb 46 wird ebenso wie die Zündquelle 26 (Zündkerze) und der Injektor 28 durch ein Steuergerät 70 (ECU) der Verbrennungskraftmaschine 10 geregelt beziehungsweise gesteuert. Mittels des Steuergeräts 70 werden auch jeweilige, der Light- Off-Temperatur 52 beziehungsweise der Temperatur 54 der Rohemissionen 66 entsprechende Signale erfasst. Mittels des Steuergeräts 70 kann also z.B. der variable Ventiltrieb 46 in Abhängigkeit von der Temperatur 54, bzw. des zeitlichen Verlaufs der Temperatur 54 geregelt werden, so dass die Luftmenge 62 vor dem Starten der
Abgasnachbehandlung, also bevor der Katalysator 50 seine Light-Off-Temperatur 52 erreicht hat, mittels Eingriffs des variablen Ventiltriebs 46 in die Ventilerhebung des Gaswechselventils 22 verringert werden kann. Dadurch kann die Temperatur 54 der Rohemissionen 66 angehoben werden und der Katalysator 50 schneller auf seine Light- Off-Temperatur 52 erwärmt werden. Da der Katalysator 50 im Laufe seiner Lebensdauer Alterungserscheinungen unterliegt, ist es empfehlenswert, die Entwicklung der Light-Off- Temperatur 52 über der Zeit festzuhalten. Es kann dementsprechend nötig sein, die Verringerung der Luftmenge 62 und dadurch die Temperatur 52 an die
Alterungserscheinungen anzupassen, um über die gesamte Lebensdauer des
Kraftwagens, bzw. des Katalysator eine möglichst immer gleich schnelle Aufheizung des Katalysators 50 zu erreichen.
Vor dem Starten der Abgasnachbehandlung, also so lange die Light-Off-Temperatur 52 des Katalysators 50 noch nicht erreicht ist und dementsprechend der Katalysator 50 die in den Rohemissionen 66, also dem Abgas enthaltenen Schadstoffe noch nicht in
ausreichendem Maße beziehungsweise unvollständig konvertieren kann, wird die durch die Verbrennungskraftmaschine 10 angesaugte Luftmenge 62 an Frischluft 60 durch Steuerung und Regelung der Ladungswechselorgane 40 mittels des Steuergeräts verringert und dadurch die Temperatur 54 der Rohemissionen 66 erhöht. Dadurch, dass die Luftmenge 62 mittels der jeweiligen Ladungswechselorgane 40 der
Verbrennungskraftmaschine 10 verringert wird, kann die Verbrennungskraftmaschine 10 unter besonders geringen Drosselverlusten und dementsprechend geringem
Kraftstoffverbrauch betrieben werden. Um nun ein besonders rasches Erreichen der Light-Off-Temperatur 52 des Katalysators 50 zu ermöglichen, wird mittels Regelung und Steuerung der Ladungswechselorgane 40 durch das Steuergerät 70 die Temperatur 54 der Rohemissionen 66 auf einen Wert oberhalb der Light-Off-Temperatur 52 des
Katalysators 50 erhöht. Um eine besonders hohe Kraftstoffmenge einsparen zu können,
wird die Verbrennungskraftmaschine 10 zumindest vor dem Starten der Abgasnachbehandlung, also bevor der Katalysator 50 seine Light-Off-Temperatur 52 erreicht hat, unter Teillast betrieben. Es ist klar, dass auch während des Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 bei besonders niedrigen Lastpunkten, also bei besonders niedriger Drehzahl und Last der Verbrennungskraftmaschine 10, die Betriebstemperatur des Katalysators 50 abkühlen und dementsprechend auf einen Wert unterhalb der Light- Off-Temperatur 52 fallen kann. Mittels der Regelung und Steuerung der
Ladungswechselorgane 40 durch das Steuergerät 70 und insbesondere durch den Eingriff des variablen Ventiltriebs 46, kann die Luftmenge 62 der Frischluft 60 unter besonders geringen Drosselverlusten so weit verringert werden, dass ein Unterschreiten der Light-Off-Temperatur 52 auch bei derart niedrigen Lastpunkten der
Verbrennungskraftmaschine 10 wirksam unterbunden wird.
Claims
Patentansprüche
Heizverfahren für einen Katalysator (50) einer Verbrennungskraftmaschine (10), welche unter Ladungsschichtung von Frischluft (60) zur Verbrennung von Kraftstoff betriebenen wird, bei welchem eine Abgasnachbehandlung von durch die
Verbrennungskraftmaschine (10) emittierten Rohemissionen (66) durchgeführt wird, wobei die Verbrennungskraftmaschine (10) Ladungswechselorgane (40) aufweist und die Ladungswechselorgane (40) wenigstens eine Nockenwelle (42) und eine Mehrzahl von Gaswechselventilen (22, 24) und einen variablen Ventiltrieb (46) umfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Starten der Abgasnachbehandlung eine durch die
Verbrennungskraftmaschine (10) angesaugte Luftmenge (62) an Frischluft (60) mittels verringerter Ventilerhebung von den Gaswechselventilen (22) (Einlassventil) verringert und dadurch die Temperatur (54) der Rohemissionen (66) erhöht wird.
Heizverfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Nockenwelle (42) jeweilige Plateaunocken umfasst.
Heizverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (54) der Rohemissionen (66) zumindest auf den Wert der Light-Off- Temperatur (52) des Katalysators (50) erhöht wird.
4. Heizverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest vor dem Starten der Abgasnachbehandlung unter Teillast betrieben wird.
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