DE102017101610A1 - Method for reducing cold-start emissions in a spark-ignited internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen, insbesondere der Partikelemissionen, eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors. Dazu wird der Verbrennungsmotor nach einem Kaltstart bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur eines im Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordneten Drei-Wege-Katalysators anstelle mit einem sonst beim Kaltstart üblichen angefetteten, unterstöchiometrischen Verbrennungsgemisch mit einem mageren oder stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben. Um Zündaussetzer beim Magerbetrieb in der Kaltstartphase zu vermeiden, ist in der Kaltstartphase eine Mehrfachzündung vorgesehen, um die motorische Verbrennung zu stabilisieren.The invention relates to a method for reducing the cold-start emissions, in particular the particle emissions, of a spark-ignited internal combustion engine. For this purpose, after a cold start, the internal combustion engine is operated with a lean or stoichiometric combustion air ratio until a light-off temperature of a three-way catalytic converter arranged in the exhaust duct of the internal combustion engine is established instead of a richly stoichiometric combustion mixture which otherwise would otherwise be used during cold starting. In order to avoid misfiring during lean operation in the cold start phase, a multiple ignition is provided in the cold start phase to stabilize the engine combustion.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor sowie ein Steuergerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for reducing the cold-start emissions in a spark-ignited internal combustion engine and to a control device for carrying out such a method.
Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Solche Rußpartikel entstehen besonders nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis nach dem Kaltstart, kalter Zylinderwände sowie der heterogenen Gemischverteilung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors. Die Kaltstartphase ist somit maßgeblich für die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte, sowohl bezüglich der Partikelmasse als auch bezüglich der Partikelanzahl. Zudem führt ein Kaltstart mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsluftverhältnis zu höheren Emissionen an Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), da eine Konvertierung in Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf aufgrund des kalten Katalysators noch nicht möglich ist. Im Fahrbetrieb wird bei Kraftfahrzeugen mit einem Ottopartikelfilter dieser Ottopartikelfilter dann weiter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann.The continuous tightening of the exhaust emission legislation places high demands on the vehicle manufacturers, which are solved by appropriate measures for the reduction of the engine raw emissions and by a corresponding exhaust aftertreatment. With the introduction of the legislative level EU6, a limit value for gasoline engines is prescribed for a number of particles, which in many cases necessitates the use of an Otto particle filter. Such soot particles are formed especially after a cold start of the internal combustion engine due to incomplete combustion in combination with a superstoichiometric combustion air ratio after the cold start, cold cylinder walls and the heterogeneous mixture distribution in the combustion chambers of the internal combustion engine. The cold start phase is thus decisive for compliance with the legally prescribed particle limit values, both with regard to the particle mass and with regard to the number of particles. In addition, a cold start with a stoichiometric, rich combustion air ratio leads to higher emissions of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC), since a conversion into carbon dioxide and water vapor due to the cold catalyst is not yet possible. When driving, this Ottopartikelfilter is then further loaded with soot in motor vehicles with a Ottopartikelfilter. So that the exhaust gas backpressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in the exhaust back pressure can lead to an increase in consumption of the internal combustion engine, loss of power and impairment of smoothness to misfires. In order to carry out a thermal oxidation of the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in conjunction with simultaneously existing oxygen in the exhaust system of the gasoline engine is necessary. Since modern gasoline engines are normally operated without oxygen surplus with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1), additional measures are required. These come as measures, for example, a temperature increase by a Zündwinkelverstellung, a temporary lean adjustment of the gasoline engine, the injection of secondary air into the exhaust system or a combination of these measures in question. An ignition angle adjustment in the direction of late in combination with a lean adjustment of the gasoline engine is preferably used so far, since this method requires no additional components and can deliver a sufficient amount of oxygen in most operating points of the gasoline engine.
Aus der
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Emissionen eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors nach dem Ottoprinzip in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors zu reduzieren und somit das Abgasverhalten des Verbrennungsmotors zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors, in dessen Abgasanlage ein Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist, gelöst, welches folgende Schritte umfassend:
- - Ermitteln der Startkonditionen des Verbrennungsmotors, wobei
- - bei Erkennen eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors der Verbrennungsmotor mit einem mageren Verbrennungsluftverhältnis (λ > 1) oder einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben wird, und wobei
- - während des Kaltstarts des Verbrennungsmotors eine Mehrfachzündung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors erfolgt, um die Zündfähigkeit des mageren Verbrennungsgemischs zu erhöhen.
- - Determining the starting conditions of the internal combustion engine, wherein
- - When a cold start of the internal combustion engine is detected, the internal combustion engine is operated with a lean combustion air ratio (λ> 1) or a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1), and wherein
- - During the cold start of the internal combustion engine, a multiple ignition takes place in the combustion chambers of the internal combustion engine in order to increase the ignitability of the lean combustion mixture.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Verbrennung durch das Aufrechterhalten des Zündfunkens zu stabilisieren. Ebenso ist es alternativ oder zusätzlich möglich, durch die längere Schließzeit des Zündverteilers mehr Zündenergie in die Brennräume einzubringen.Additionally or alternatively, it is possible to stabilize the combustion by maintaining the spark. Likewise, it is alternatively or additionally possible to introduce more ignition energy into the combustion chambers as a result of the longer closing time of the ignition distributor.
Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Kaltstartverfahren wird der Verbrennungsmotor in der Kaltstartphase mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsgemisch betrieben, um die Zündwilligkeit des Gemischs in der Kaltstartphase zu verbessern. Durch einen erfindungsgemäßen Kaltstart des Verbrennungsmotors mit einem mageren, überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis oder einem stöchiometrischem Luftverhältnis können sowohl die gasförmigen Emissionen, als auch die organischen Feststoffemissionen deutlich reduziert werden. Dabei ist das primäre Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens, die bei der motorischen Verbrennung auftretenden Rohemissionen in der Kaltstartphase zu reduzieren. Durch einen überstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors wird zum einen die Anzahl an Rußpartikeln und zum anderen die Größe der entstehenden Rußpartikel reduziert. Dabei kann der in den Brennräumen vorliegende Restsauerstoff zur Oxidation der bei der Verbrennung aufgrund der kalten Brennraumwände sowie einer heterogenen Gemischverteilung auftretenden Rußpartikel genutzt werden, sodass die Rohemissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden. Zudem werden durch das überstöchiometrische Verbrennungsluftgemisch lokale Tropfenbildungen von unverbranntem Kraftstoff vermieden, welche besonders stark zur Entstehung von Partikelemissionen beitragen. Als ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens erwärmt sich der Drei-Wege-Katalysator bei einem überstöchiometrischen Kaltstartbetrieb schneller als bei einem unterstöchiometrischen Kaltstartbetrieb, da kein überschüssiger Kraftstoff verdampft und somit durch die Verdampfung des Kraftstoffes der Verbrennungsluft beziehungsweise dem Abgas keine zusätzliche Wärme entzogen wird. Um bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftgemisch Zündaussetzer zu vermeiden, wird während der Kaltstartphase eine Mehrfachzündung des Verbrennungsluftgemischs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors durchgeführt, um die Zündwilligkeit des mageren Verbrennungsluftgemischs zu erhöhen und Zündaussetzer zu vermeiden. Ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis nach dem Kaltstart bietet den Vorteil, dass die Rohemissionen, insbesondere die Partikelemissionen ebenfalls abgesenkt werden, jedoch kein zusätzliches Oxidationsmittel zur Oxidation der entstehenden Rußpartikel vorliegt. Somit sind die Primäremissionen bei einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis etwas höher als bei einem mageren Verbrennungsluftverhältnis, dafür ist die Zündwilligkeit des Verbrennungsgemischs höher und die Stickoxid-Emissionen sowie die Gefahr von Zündaussetzern geringer. Um die Gefahr von Zündaussetzern nach einem Kaltstart mit stöchiometrischen oder mageren Verbrennungsluftverhältnis zu verringern, werden pro Verbrennungszyklus in jedem Brennraum mindestens zwei Zündfunken erzeugt, damit mindestens einer der Zündfunken auf ein zündfähiges Verbrennungsluftgemisch trifft und somit die Verbrennung auch in der Kaltstartphase trotz des mageren Verbrennungsluftverhältnisses gewährleistet ist. Dadurch können bei Kraftfahrzeugen mit fremdgezündetem Verbrennungsmotor unter Umständen auch strengere Emissionsnormen ohne einen zusätzlichen Partikelfilter eingehalten werden oder die Anzahl der Regenerationszyklen für den Partikelfilter herabgesetzt werden. Auf diese Weise können nicht nur die Emissionen reduziert werden, sondern auch der Verbrauch des Verbrennungsmotors, da eine verbrauchserhöhende Regeneration des Partikelfilters seltener notwendig ist.In a cold-start process known from the prior art, the internal combustion engine is operated in the cold start phase with a substoichiometric, rich combustion mixture in order to improve the ignitability of the mixture in the cold start phase. By a cold start of the internal combustion engine according to the invention with a lean, superstoichiometric combustion air ratio or a stoichiometric air ratio, both the gaseous emissions and the organic solid emissions can be significantly reduced. The primary aim of the proposed method is to reduce the raw emissions occurring during engine combustion in the cold start phase. Through a Stoichiometric operation of the internal combustion engine, on the one hand reduces the number of soot particles and, on the other hand, reduces the size of the resulting soot particles. In this case, the residual oxygen present in the combustion chambers can be used for the oxidation of the soot particles occurring during combustion due to the cold combustion chamber walls and a heterogeneous mixture distribution, so that the raw emissions of the internal combustion engine are reduced. In addition, the super-stoichiometric combustion air mixture prevents local formation of droplets of unburned fuel, which contribute particularly strongly to the formation of particulate emissions. As a further advantage of the proposed method, the three-way catalyst heats up faster in a superstoichiometric cold start operation than in a substoichiometric cold start operation, since no excess fuel evaporates and thus no additional heat is removed by the evaporation of the fuel combustion air or the exhaust gas. In order to avoid misfiring during a cold start of the internal combustion engine with a superstoichiometric combustion air mixture, a multiple ignition of the combustion air mixture is performed in the combustion chambers of the internal combustion engine during the cold start phase to increase the ignitability of the lean combustion air mixture and to avoid misfiring. A stoichiometric combustion air ratio after the cold start has the advantage that the raw emissions, in particular the particle emissions are also lowered, but no additional oxidizing agent for the oxidation of the resulting soot particles is present. Thus, the primary emissions at a stoichiometric combustion air ratio are slightly higher than at a lean combustion air ratio, but the ignitability of the combustion mixture is higher and the nitrogen oxide emissions and the risk of misfires lower. In order to reduce the risk of misfires after a cold start with stoichiometric or lean combustion air ratio, at least two sparks are generated per combustion cycle in each combustion chamber so that at least one of the sparks meets an ignitable combustion air mixture and thus ensures the combustion even in the cold start phase despite the lean combustion air ratio is. As a result, stricter emission standards without an additional particulate filter may also be adhered to in vehicles with spark-ignited internal combustion engines, or the number of regeneration cycles for the particulate filter may be reduced. In this way, not only the emissions can be reduced, but also the consumption of the internal combustion engine, since a consumption-increasing regeneration of the particulate filter is required less often.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind weiter Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen möglich.By the features listed in the dependent claims, further improvements of the method specified in the independent claim for reducing the cold-start emissions are possible.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Mehrfachzündung mittels einer Funkenbandzündung erfolgt. Durch eine Funkenbandzündung können auf vergleichsweise einfache Art und Weise mit einer Zündkerze zwei- oder mehr Zündfunken in einem Verbrennungszyklus des jeweiligen Brennraums des Verbrennungsmotors erzeugt werden. Durch eine Funkenbandzündung kann eine Mehrzahl von Zündfunken in einem kurzen Zeitraum, das heißt, innerhalb eines Verbrennungszyklusses pro Brennraum emittiert werden. Die Funkenanzahl ist dabei abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, da mit steigender Drehzahl die Anzahl der möglichen Zündfunken pro Verbrennungszyklus sinkt. Durch eine Funkenbandzündung wird die Laufruhe des Verbrennungsmotors stabilisiert und Zündaussetzer in der Kaltstartphase vermieden. Alternativ kann eine Mehrfachzündung auch durch eine Corona-Zündung oder eine Laserzündung realisiert werden, jedoch bietet die Funkenbandzündung die mit Abstand kostengünstigste Lösung zur Mehrfachzündung. Ferner ist es möglich, durch eine Funkenbandzündung generell die Verbrennung zu stabilisieren und somit die Anfettung des Verbrennungsluftgemischs bei kalten Starttemperaturen zu reduzieren.In a preferred embodiment of the method, it is provided that the multiple ignition takes place by means of a spark band ignition. By spark ignition, two or more sparks can be generated in a combustion cycle of the respective combustion chamber of the internal combustion engine in a relatively simple manner with a spark plug. By a spark-band ignition, a plurality of sparks can be emitted in a short period of time, that is, within a combustion cycle per combustion chamber. The number of sparks is dependent on the speed of the internal combustion engine, since with increasing speed, the number of possible sparks per combustion cycle decreases. By spark ignition the smoothness of the engine is stabilized and prevents misfiring in the cold start phase. Alternatively, a multiple ignition can also be realized by a corona ignition or a laser ignition, however, the spark-band ignition offers by far the most cost-effective solution for multiple ignition. Furthermore, it is possible to generally stabilize the combustion by spark ignition and thus to reduce the enrichment of the combustion air mixture at cold starting temperatures.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor nach Erreichen einer Light-Off-Temperatur des Drei-Wege-Katalysators mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Um die Belastung auf die Zündkerzen in der Kaltstartphase gering zu halten und um die Sekundäremissionen während der Kaltstartphase, insbesondere die Emissionen an Stickoxiden (NOx), niedrig zu halten, ist es sinnvoll, ab dem Zeitpunkt, ab dem der Drei-Wege-Katalysator seine Light-Off-Temperatur erreicht hat und somit 50 % seiner maximalen Konvertierungsleistung für schädliche Abgaskomponenten erreicht hat, den Verbrennungsmotor mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis zu betreiben. Dadurch ist eine sehr wirksame Konvertierung der bei der Verbrennung des Kraftstoffs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors auftretenden Rohemissionen durch den Drei-Wege-Katalysator möglich. Zudem kann ab dem Erreichen der Light-Off-Temperatur des Katalysators auf eine Mehrfachzündung verzichtet werden, was die Phasen der hohen Belastung für die Zündkerzen gering hält und somit die Lebensdauer der Zündkerzen nur geringfügig reduziert.According to a preferred embodiment of the method is provided that the internal combustion engine is operated after reaching a light-off temperature of the three-way catalyst with a stoichiometric combustion air ratio. In order to keep the load on the spark plugs in the cold start phase low and to keep the secondary emissions during the cold start phase, in particular the emissions of nitrogen oxides (NOx) low, it makes sense from the time when the three-way catalyst its Reached light-off temperature and thus has reached 50% of its maximum conversion capacity for harmful exhaust gas components to operate the internal combustion engine with a stoichiometric combustion air ratio. As a result, a very effective conversion of the raw emissions occurring during the combustion of the fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine by the three-way catalyst is possible. In addition, from the achievement of the light-off temperature of the catalyst can be dispensed with a multiple ignition, which keeps the phases of high load for the spark plugs low and thus reduces the life of the spark plug only slightly.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor während der Kaltstartphase mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ von 1,02 - 1,05 betrieben wird. Tests haben ergeben, dass bereits eine geringfügige Erhöhung des Verbrennungsluftverhältnisses über ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis hinaus zu einer signifikanten Abnahme der Rohemissionen in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors führt. Dabei ist bei einem geringen Luftüberschuss die Gefahr von Zündaussetzern begrenzt, wodurch eine hohe Laufruhe des Verbrennungsmotors auch in der Startphase sichergestellt wird.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the Internal combustion engine during the cold start phase with a combustion air ratio λ of 1.02 - 1.05 is operated. Tests have shown that even a slight increase in the combustion air ratio beyond a stoichiometric combustion air ratio leads to a significant decrease in the raw emissions in the cold start phase of the internal combustion engine. In this case, the risk of misfiring is limited with a low excess air, whereby a high degree of smoothness of the engine is ensured even in the starting phase.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor während der Kaltstartphase mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ > 1,05 betrieben wird. Ein höherer Luftüberschuss führt nochmals zu einer Verbesserung der Rohemissionen, insbesondere der Partikelemissionen, des Verbrennungsmotors. Jedoch steigt mit dem Luftüberschuss auch die Gefahr von Zündaussetzern und von NOx-Emissionen. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn das Luftverhältnis bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators eingestellt wird, um die Rohemissionen während der Kaltstartphase bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur des Verbrennungsmotors zu reduzieren.In an alternative embodiment of the method it is provided that the internal combustion engine during the cold start phase with a combustion air ratio λ> 1.05 is operated. A higher excess air again leads to an improvement in the raw emissions, in particular the particle emissions of the internal combustion engine. However, the excess air also increases the risk of misfiring and NOx emissions. Therefore, it is particularly advantageous if the air ratio is set in a cold start of the internal combustion engine as a function of the temperature of the three-way catalyst to reduce the raw emissions during the cold start phase until reaching the light-off temperature of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor für einen Zeitraum von 30 s bis 240 s, besonders bevorzugt für einen Zeitraum von 30 s bis 180 s, mit einem überstöchiometrischen, mageren Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Im Allgemeinen hat ein Drei-Wege-Katalysator spätestens 240 s nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors seine Light-Off-Temperatur erreicht und kann eine effiziente Konvertierung der limitierten Abgasbestandteile sicherstellen. In Abhängigkeit der Größe des Drei-Wege-Katalysators und der Anordnung innerhalb der Abgasanlage kann eine Aufheizzeit des Drei-Wege-Katalysators, beispielsweise bei einem kleinen, motornah angeordneten Vorkatalysator, deutlich verkürzt werden, sodass das erfindungsgemäße Verfahren nur für einen sehr kurzen Zeitraum notwendig ist. Dadurch können der Mehrverschleiß der Zündkerzen gering gehalten und gleichzeitig ein emissionsoptimierter Kaltstart des Verbrennungsmotors gewährleistet werden.In a preferred embodiment of the method it is provided that the internal combustion engine is operated for a period of 30 seconds to 240 seconds, particularly preferably for a period of 30 seconds to 180 seconds, with a lean of lean, lean combustion air ratio. In general, a three-way catalyst has reached its light-off temperature no later than 240 seconds after a cold start of the internal combustion engine and can ensure efficient conversion of the limited exhaust gas constituents. Depending on the size of the three-way catalyst and the arrangement within the exhaust system, a heating time of the three-way catalyst, for example, in a small, close to the engine arranged pre-catalyst can be significantly shortened, so that the inventive method only necessary for a very short period is. As a result, the additional wear of the spark plugs can be kept low and at the same time an emission-optimized cold start of the internal combustion engine can be ensured.
Gemäß einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Kaltstartphase die maximale mögliche Anzahl von Zündfunken erzeugt wird. Um die Zündwilligkeit des mageren Verbrennungsgemischs in der Kaltstartphase zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Zündkerzen in der Kaltstartphase eine maximal mögliche Anzahl an Zündfunken pro Verbrennungszyklus emittieren, um die Laufruhe des Verbrennungsmotors zu verbessern und Zündaussetzer zu vermeiden. Dabei wird der erste Zündfunke vorzugsweise zur gleichen Zeit wie bei einer stöchiometrischen Verbrennung im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors in den Brennraum emittiert und die nachfolgenden Zündfunken entsprechend zeitlich versetzt. Dadurch wird eine effiziente Kraftstoffausnutzung auch während des Kaltstarts gewährleistet, wodurch der Verbrauch des Verbrennungsmotors gegenüber einem konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Kaltstart mit einem fetten Verbrennungsluftgemisch, reduziert werden kann.According to a further improvement of the method, it is provided that the maximum possible number of sparks is generated during the cold start phase. In order to improve the ignitability of the lean combustion mixture in the cold start phase, it is provided that the spark plugs emit in the cold start phase a maximum possible number of sparks per combustion cycle in order to improve the smoothness of the engine and to avoid misfires. In this case, the first spark is preferably emitted at the same time as in a stoichiometric combustion in normal operation of the internal combustion engine in the combustion chamber and the subsequent spark corresponding time offset. As a result, an efficient fuel utilization is ensured even during the cold start, whereby the consumption of the internal combustion engine compared to a conventional, known from the prior art cold start with a rich combustion air mixture, can be reduced.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der bei einem stöchiometrischen Normalbetrieb des Verbrennungsmotors vorgesehene Zündzeitpunkt beibehalten wird. Durch einen Verzicht auf eine Spätverstellung der Zündung kann die Effizienz des Verbrennungsmotors in der Kaltstartphase erhöht werden, zudem ist eine solche Verstellung des Zündwinkels auch nicht notwendig, da in der Kaltstartphase keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas verdampfen und somit dem Abgas zusätzliche Wärme entziehen, welche ein Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators verzögern.In a further, preferred embodiment of the method, it is provided that the ignition point provided in a stoichiometric normal operation of the internal combustion engine is maintained. By dispensing with a retardation of the ignition, the efficiency of the internal combustion engine can be increased in the cold start phase, also such adjustment of the ignition angle is not necessary because in the cold start phase no unburned hydrocarbons evaporate in the exhaust gas and thus extract additional heat from the exhaust gas, which Delay heating of the three-way catalyst.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen ist vorgesehen, dass das Abgas des Verbrennungsmotors durch einen Partikelfilter oder einen Vier-Wege-Katalysator geleitet wird. Durch einen Partikelfilter oder einen Vier-Wege-Katalysator können neben den gasförmigen Emissionen wie Kohlenmonoxid (CO), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) auch Rußpartikel aus dem Abgas entfernt und somit die Effizienz der Abgasnachbehandlung weiter erhöht werden.In a further improvement of the method for reducing the cold-start emissions is provided that the exhaust gas of the internal combustion engine is passed through a particulate filter or a four-way catalyst. By means of a particle filter or a four-way catalytic converter, in addition to the gaseous emissions such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx), soot particles can also be removed from the exhaust gas and thus the efficiency of the exhaust gas aftertreatment can be further increased.
Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor vorgeschlagen, welches einen maschinenlesbaren Programmcode aufweist, mit welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird, wenn der Programmcode auf dem Steuergerät ausgeführt wird. Durch einen maschinenlesbaren Programmcode lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise in ein Steuergerät des Verbrennungsmotors applizieren, sodass das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduzierung der Emissionen bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors keine zusätzlichen Bauteile benötigt.According to the invention, a control unit for a spark-ignition internal combustion engine is proposed, which has a machine-readable program code with which a method according to the invention is carried out when the program code is executed on the control unit. By a machine-readable program code, the inventive method can be applied in a simple and cost-effective manner in a control unit of the internal combustion engine, so that the inventive method for reducing emissions in a cold start of the internal combustion engine requires no additional components.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are unless otherwise stated in the individual case, can be combined with each other with advantage.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Verbrennungsmotor mit einer Luftversorgung, einem KraftstoffEinspritzsystem, einem Zündsystem und einer Abgasanlage, an dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen durchgeführt werden kann; -
2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors; -
3 einen Verlauf der Partikelkonzentration / Partikelmasse bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen im Vergleich zu den Kaltstartemissionen bei einem konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Kaltstart; und -
4 einen Verlauf der Partikelanzahl bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen im Vergleich zu den Partikelemissionen bei einem konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Kaltstart.
-
1 an internal combustion engine with an air supply, a fuel injection system, an ignition system and an exhaust system, on which a method according to the invention for reducing the cold start emissions can be performed; -
2 a flowchart for performing a method according to the invention for reducing the cold start emissions of a spark-ignited internal combustion engine; -
3 a profile of the particle concentration / particle mass in a method according to the invention for reducing the cold start emissions compared to the cold start emissions in a conventional, known from the prior art cold start; and -
4 a profile of the number of particles in a method according to the invention for reducing the cold-start emissions compared to the particle emissions in a conventional, known from the prior art cold start.
In
In
In
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Abgasanlageexhaust system
- 1414
- Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
- 1616
- Partikelfilterparticulate Filter
- 1818
- Vier-Wege-Katalysator Four-way catalyst
- 2020
- Steuergerätcontrol unit
- 2222
- KraftstofftankFuel tank
- 2424
- KraftstoffleitungFuel line
- 2626
- KraftstoffpumpeFuel pump
- 2828
- Kraftstoffeinspritzsystem Fuel injection system
- 3030
- LuftversorgungssystemAir supply system
- 3232
- Luftfilterair filter
- 3434
- LuftmassenmesserAir flow sensor
- 3636
- Verdichtercompressor
- 3838
- Drosselklappe throttle
- 4040
- Ansaugtraktintake system
- 4242
- Zündverteilerdistributor
- 4444
- Zündkerzespark plug
- 4646
- NOx-SpeicherkatNOx Storage
- 4848
- Turbolader turbocharger
- 5050
- Turbineturbine
- 5252
- erster Brennraumfirst combustion chamber
- 5454
- zweiter Brennraumsecond combustion chamber
- 5656
- dritter Brennraumthird combustion chamber
- 5858
- vierter Brennraum fourth combustion chamber
- 6060
- Lambdasondelambda probe
- 6262
- Lambdasonde lambda probe
- PK P K
- Partikelkonzentrationparticle concentration
- PN P N
- Partikelanzahl particle number
- vv
- Geschwindigkeitspeed
- tt
- ZeitTime
- ss
- Sekundenseconds
- λλ
- Verbrennungsluftverhältnis des VerbrennungsmotorsCombustion air ratio of the internal combustion engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10131937 A1 [0003]DE 10131937 A1 [0003]
Claims (10)
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-
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