DE102009032560A1

DE102009032560A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Speicherkatalysator

Info

Publication number: DE102009032560A1
Application number: DE102009032560A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Groenendijk; Stephan Kellner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor oder Ottomotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zum Herauslösen und Konvertieren von in wenigstens einem Speicher in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine gespeichertem NOund/oder SOdie Brennkraftmaschine in einem unterstöchiometrischen Betriebszustand mit einem Lambdawert kleiner 1 betrieben wird. Hierbei wird der unterstöchiometrische Betriebszustand durch Verstellen eines Schließzeitpunktes wenigstens eines Einlassventiles und/oder wenigstens eines Auslassventils nach Spät derart eingestellt, dass eine in den diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitszylinder in einem Zyklus eingeleitete Verbrennungsluftmasse verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor oder Ottomotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zum Herauslösen und Konvertieren von in wenigstens einem Speicher in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine gespeichertem NO_x und/oder SO_x die Brennkraftmaschine in einem unterstöchiometrischen Betriebszustand mit einem Lambdawert kleiner 1 betrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Herauslösen und Konvertieren von in einem Speicher in der Abgasanlage eines Dieselmotors eingespeichertem NO_x (Denox) sowie die Entschwefelung dieses Speichers (Desox) benötigen gegenüber dem normalen überstöchiometrischen Dieselbetrieb unterstöchiometrische Abgasbedingungen des Dieselmotors in bestimmten Temperaturbereichen. Zur Erzielung dieses Zustands ist es bekannt, den dieselmotorischen Betrieb luftseitig zu drosseln. Hierzu wird üblicherweise eine Luftregelklappe vor einem Saugrohr in einer Verbrennungsluftanlage des Dieselmotors eingesetzt.
Aus der DE 101 11 586 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines insbesondere magerlauffähigen Ottomotors oder einer Dieselbrennkraftmaschine, bekannt, bei dem mindestens ein Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Emissionswerten des Abgases zur Beeinflussung der Emissionswerte verändert wird. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Emissionswerte von mindestens zwei Schadstoffkomponenten des Abgases, wie CO, NO, NO2, NH3, SO2, H2S, CH4 und/oder weitere HC-Komponenten, ermittelt und, wenn der Emissionswert einer ersten der mindestens zwei Schadstoffkomponenten einen vorgegebenen maximalen Schwellwert überschreitet, der Wert von mindestens einem Betriebsparameter, beispielsweise eine Drosselklappenstellung, einer Abgasrückführrate, ein Zündzeitpunkt, eine Tumble-Klappenstellung, ein Einspritzzeitpunkt, ein Ladedruck und/oder eine Phasenstellung der Nockenwelle oder dergleichen, zur Absenkung des Emissionswertes der ersten Schadstoffkomponente verändert wird, wobei zumindest für die zweite der mindestens zwei Schadstoffkomponenten eine Erhöhung des Emissionswertes bis zu einem Maximalwert zugelassen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich der Regenerationsbetriebsmodi zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der unterstöchiometrische Betriebszustand durch Verstellen eines Schließzeitpunktes wenigstens eines Einlassventiles und/oder wenigstens eines Auslassventils nach Spät derart eingestellt wird, dass eine in den diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitszylinder in einem Zyklus eingeleitete Verbrennungsluftmasse verringert wird.
Dies hat den Vorteil, dass im Vergleich zu einer Einstellung von Lambda kleiner 1 mittels einer Drosselung der Luftansaugung vor einem Saugrohr ein Kraftstoffverbrauch während der Phase der Entschwefelung und der NOx-Konvertierung reduziert ist.
Eine weitere Verbesserung des Regenerationsbetriebs erzielt man dadurch, dass zum Einstellen des unterstöchiometrischen Betriebszustands zusätzlich eine Drosselklappe in einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine vor einem Saugrohr wenigstens teilweise geschlossen wird.
Eine weiter zusätzliche Verbesserung des Regenerationsbetriebs erzielt man dadurch, dass zum Einstellen des unterstöchiometrischen Betriebszustands zusätzlich eine Abgasrückführung durchgeführt wird. Die Abgasrückführung ist beispielsweise eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) und/oder eine Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) und/oder eine innere Abgasrückführung (iAGR).
Eine besonders effektive Verstellung von Ventilsteuerzeiten erzielt man dadurch, dass die Verstellung des Schließzeitpunktes des wenigstens einen Einlassventiles und/oder des wenigstens einen Auslassventils nach Spät mittels eines Verstellers an einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Von der Nockenwelle mit dem Versteller wird beispielsweise sowohl wenigstens ein Einlassventil als auch wenigstens ein Auslassventil betätigt.
Einen großen Einflussbereich auf den Lambdawert erzielt man dadurch, dass die Ventilsteuerzeiten für das Einlassventil und/oder das Auslassventil um bis zu 60°KW +/–20° nach Spät verstellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine graphische Darstellung eines spezifischen Kraftstoffverbrauchs über eine durchgesetzte Luftmasse pro Zeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf temporäre Betriebszustände einer Brennkraftmaschine mit einem NO_x- und/oder SO_x-Speicher in einer Abgasanlage. In diesen temporären Betriebszuständen werden die in dem Speicher eingelagerten NO_x (Stickoxide) und/oder SO_x (Schwefeloxide) herausgelöst und konvertiert. Das Herauslösen und Konvertierten von NO_x wird auch als ”Denox” und das Herauslösen und Konvertieren von SO_x wird auch als ”Desox” (Entschwefelung des Speichers) bezeichnet. Hierzu wird beispielsweise eine Dieselbrennkraftmaschine nicht, wie üblich, in einem überstöchiometrischen Dieselbetrieb sondern mit unterstöchiometrischen Abgasbedingungen betrieben.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, diesen unterstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine durch Spätverstellung einer Nockenwelle einzustellen, wobei von der Nockenwelle Einlassventile und oder Auslassventile betätigt werden. Dies hat zur Folge, dass eine Füllung der Arbeitszylinder mit Verbrennungsluft reduziert wird, da ein Teil der angesaugten Verbrennungsluft über das spät schließende Einlassventil und/oder das spät schließende Auslassventil wieder ausgeschoben wird. Bei konstanter Menge an zugeführtem, insbesondere direkt in Brennräume von Arbeitszylindern eingespritztem Kraftstoff führt dies zu einer Absenkung des Lambdawertes. Bei genügend weiter Spätverstellung kann dadurch der Lambdawert auf unter 1 verstellt werden, so dass sich ein unterstöchiometrischer Betrieb der Brennkraftmaschine ergibt. Der überschüssige Kraftstoff führt dann zu einem entsprechenden Regenerationsbetrieb mit Denox und/oder Desox.
Es werden ggf. alle Einlassventile und/oder Auslassventile eines jeweiligen Arbeitszylinders oder nur einige Einlassventile und/oder Auslassventile eines jeweiligen Arbeitszylinders nach spät verstellt. Beispielsweise sind Systeme mit zwei Nockenwellen bekannt, wobei beide Nockenwellen jeweils sowohl Einlassventile als auch Auslassventile betätigen, jedoch nur eine der Nockenwellen mit einem Versteller ausgerüstet ist. In diesem Fall werden nicht alle Einlassventile und Auslassventile eines Arbeitszylinder nach Spät verstellt, sondern nur diejenigen, die von der Nockenwelle mit dem Versteller betätigt werden.
Der Regenerationsbetrieb wird beispielsweise allein mittels Spätverstellung der Ventilsteuerzeiten von Einlassventilen und/oder Auslassventilen eingestellt. Optional ist vorgesehen, die Einstellung des unterstöchiometrischen Betriebes der Brennkraftmaschine zusätzlich mittels wenigstens teilweise Schließen einer Drosselklappe in einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine vor einem Saugrohr zu unterstützen. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine luftseitig gedrosselt, was ebenfalls zu einer Verringerung der Verbrennungsluftzufuhr an die Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine und bei konstanter Kraftstoffmenge dementsprechend zu einer Änderung des Lambdawertes unter 1 führt. Weiterhin optional ist es vorgesehen, dass die Einstellung des unterstöchiometrischen Betriebes der Brennkraftmaschine zusätzlich mittels einer Abgasrückführung (AGR) unterstützt wird. Hierbei werden Teile der an die Arbeitszylinder zugeführten Verbrennungsluft durch rückgeführtes Abgas ersetzt, was ebenfalls bei konstanter Kraftstoffmenge zu einer Änderung des Lambdawertes unter 1 führt. Die Abgasrückführung ist dabei beispielsweise eine Niederdruck-AGR (ND-AGR), eine Hochdruck-AGR (HD-AGR) und/oder eine innere AGR (iAGR).
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass im Vergleich zu einem reinen Androsseln der Brennkraftmaschine mit der Drosselklappe zum Einstellen des unterstöchiometrischen Betriebes eine zusätzliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs erzielt wird. Dies ist in der einzigen Fig. dargestellt. In der einzigen Fig. ist auf einer horizontalen Achse 10 eine durchgesetzte Luftmasse LFTDS in [kg/h] und auf einer vertikalen Achse 12 ist ein spezifischer Kraftstoffverbrauch SPZVERB in [g/kWh] aufgetragen. Ein erster Graph 14 veranschaulicht den spezifischen Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von der durchgesetzten Luftmasse bei einer Einstellung des unterstöchiometrischen Betriebes allein mit einer Drosselklappe und ein zweiter Graph 16 veranschaulicht den spezifischen Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von der durchgesetzten Luftmasse bei einer Einstellung des unterstöchiometrischen Betriebes mittels einer Spätverstellung der Steuerzeit ”Einlassventil schließt” (ES) für jeweils ein Einlassventil eines Arbeitszylinders der Brennkraftmaschine. Mit dem Bezugszeichen 18 ist in der einzigen Fig. ein Bereich gekennzeichnet, bei dem die Drosselklappe zu 0% geschlossen, also offen ist. In diesem Bereich ist der Motor nicht angedrosselt. Mit dem Bezugszeichen 20 ist in der einzigen Fig. ein Bereich gekennzeichnet, bei dem die Drosselklappe zu 75% geschlossen, also der Motor luftseitig angedrosselt ist, um den unterstöchiometrischen Betriebszustand für den Regenerationsbetrieb einzustellen. Mit dem Bezugszeichen 22 ist in der einzigen Fig. ein Bereich gekennzeichnet, bei dem ES um 0°KW nach Spät verstellt ist, d. h. es liegt keine Spätverstellung und kein Regenrationsbetrieb vor. Mit dem Bezugszeichen 24 ist in der einzigen Fig. ein Bereich gekennzeichnet, bei dem ES um 50°KW nach Spät verstellt ist, um den unterstöchiometrischen Betriebszustand für den Regenerationsbetrieb einzustellen. Die Werte in der einzigen Fig. wurden bei einem Versuch im Teillastbetrieb einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Drehzahl von 1.500 min^–1 und einem Moment von 50 Nm ermittelt.
Wie aus der einzigen Fig. unmittelbar ersichtlich, ist der spezifische Kraftstoffverbrauch für die Einstellung des unterstöchiometrischen Betriebs mittels der Spätverstellung von ES signifikant niedriger als bei luftseitiger Androsselung des Motors.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10111586 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor oder Ottomotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zum Herauslösen und Konvertieren von in wenigstens einem Speicher in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine gespeichertem NO_x und/oder SO_x die Brennkraftmaschine in einem unterstöchiometrischen Betriebszustand mit einem Lambdawert kleiner 1 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der unterstöchiometrische Betriebszustand durch Verstellen eines Schließzeitpunktes wenigstens eines Einlassventiles und/oder wenigstens eines Auslassventils nach Spät derart eingestellt wird, dass eine in den diesem Einlassventil zugeordneten Arbeitszylinder in einem Zyklus eingeleitete Verbrennungsluftmasse verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des unterstöchiometrischen Betriebszustands zusätzlich eine Drosselklappe in einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine vor einem Saugrohr wenigstens teilweise geschlossen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des unterstöchiometrischen Betriebszustands zusätzlich eine Abgasrückführung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung eine Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) und/oder eine Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) und/oder eine innere Abgasrückführung (iAGR) ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Schließzeitpunktes des wenigstens einen Einlassventiles und/oder des wenigstens einen Auslassventils nach Spät mittels eines Verstellers an einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Nockenwelle mit dem Versteller sowohl wenigstens ein Einlassventil als auch wenigstens ein Auslassventil betätigt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerzeiten für das Einlassventil und/oder das Auslassventil um bis zu 60°KW +/–20° nach Spät verstellt werden.