DE102011085281A1

DE102011085281A1 - Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen

Info

Publication number: DE102011085281A1
Application number: DE102011085281A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bourdon
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen in Kraftfahrzeugen mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei zumindest während einer Schubphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht wird und durch entsprechende Maßnahmen sichergestellt wird, dass das aus dem Kraftstoff und der Luft gebildete Kraftstoff-Luftgemisch zumindest nahezu ungezündet in das Abgasnachbehandlungssystem einströmt. Erfindungsgemäß wird dabei als entsprechend erste Maßnahme der Kraftstoff erst nach einer Zündung der dem Brennraum zugeordneten Zündkomponente in den Brennraum eingespritzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen in nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Verbrennungsmotoren kann während des Betriebs aufgrund des Einsatzes von Turboaufladungen und erweiterten Kühlmaßnahmen am Abgaskrümmer und Turbolader die Abgastemperatur soweit absinken, dass der Katalysator deutlich schlechter Abgase konvertieren kann. Um dieses Problem zu umgehen, wurde bisher der Katalysator durch Veränderung des Verbrennungswirkungsgrades (z. B. durch eine Zündwinkelspätziehung) in der Temperatur angehoben. Diese Vorgehensweise führt jedoch zu einer deutlichen Verschlechterung des Motorwirkungsgrades.
Aus der DE 103 15 476 B4 ist bereits ein Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen bekannt, bei dem während einer Schubphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht und ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt wird. Als Maßnahme zum Verhindern einer Entzündung des Gemisches im Brennraum werden ein entsprechendes Kraftstoff-Luftverhältnis und/oder die Temperatur und/oder der Brennraumdruck entsprechend eingestellt. Ein derartiges Verfahren bietet sich vor allem bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen an.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen abzugeben, welches sich besonders für fremdgezündete Brennkraftmaschinen eignet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen bzw. zum Aufrechterhalten einer bestimmten Temperatur von Abgasnachbehandlungssystemen in Fahrzeugen mit fremdgezündeten Brennkraftmaschinen wird zumindest während einer Schubphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht, so dass sich mit der Luft ein entsprechendes Kraftstoff-Luftgemisch bildet.
Grundgedanke der Erfindung ist nun, dass durch gezielte erfinderische Maßnahmen in der Einspritzung oder der Steuerung der Brennkraftmaschine, die sich vor allem bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen eignen, sichergestellt wird, dass das aus dem Kraftstoff und der Luft gebildete Kraftstoff-Luftgemisch zumindest nahezu ungezündet in das Abgasnachbehandlungssystem einströmt. Darauf basierend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass als entsprechende erste Maßnahme der Kraftstoff erst nach einer Zündung der dem Brennraum zugeordneten Zündkomponente in den Brennraum eingespritzt wird. Dadurch wird verhindert, dass das sich im Brennraum bildende Kraftstoff-Luftgemisch entzündet wird und somit unverbrannt in das Abgasnachbehandlungssystem einströmen kann. Der Kraftstoff verbrennt dann vollständig im Katalysator und die entstehende exotherme Reaktion verhindert ein Abkühlen des Katalysators. Die hohe Effizienz eines derartigen Verfahrens entsteht dadurch, dass sich der Katalysator bei sehr geringen Abgasmassenströmen selbst aufheizen kann und wenig Energie durch das Abgas abtransportiert wird. Somit kann der Katalysator bei sich anschließenden Beschleunigungsvorgängen sofort wieder mit hohem Wirkungsgrad die Abgase konvertieren.
Vorteilhaftweise kann als eine weitere bzw. alternative Maßnahme während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine eine derart geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt werden, dass trotz Zündung der entsprechenden Zündkomponente keine oder nur eine geringe Entflammung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt. Vorteilhafterweise wird eine derart geringe Kraftstoffmenge eingespritzt, dass sich im Brennraum ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, das wesentlich größer als zwei ist.
Vorteilhafterweise kann als eine weitere bzw. alternative Maßnahme während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine bei einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders vor einer regulären Zündung der Zündkomponente auch die Zündung durch eine entsprechende Ansteuerung (Abschalten) der diesem Zylinder/Brennraum zugeordneten Zündkomponente unterbunden werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann bei allen oben genannten Maßnahmen anstelle einer direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum eine vorgegebene Menge an Kraftstoffdampf aus der Tankentlüftung dem Brennraum zugeführt werden, da diese Menge an Kraftstoff ausreicht, um bei einer späteren Umsetzung im Abgasnachbehandlungssystem eine Temperaturerhöhung herbeizuführen. Auch hier muss sichergestellt werden, dass eine Verbrennung in den Zylindern weitestgehend unterbunden wird, z. B. durch ein Luftverhältnis wesentlich größer als 2 oder einer Abschaltung der Zündung in den betroffenen Zylindern.
Da alle diese Maßnahmen in der Regel nur zu einer geringen Temperaturerhöhung führen, bietet sich dieses Verfahren bzw. die Durchführung der entsprechenden Maßnahmen vor allem während des laufenden Betriebs der Brennkraftmaschine an, um das Abgasnachbehandlungssystem auf Betriebstemperatur zu halten. Demnach wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine entsprechende Maßnahme nur dann vorgenommen, wenn die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems nach einem vorangegangen Erreichen der optimalen Betriebstemperatur unter einen vorgegeben Grenzwert fällt oder um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert von der optimalen Betriebstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems abweicht.
Mit diesen vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich, mit einem erheblich geringeren Kraftstoffaufwand wie bisher das Abgasnachbehandlungssystem bzw. den Katalysator im optimalen Temperaturfenster zu halten. Damit können auch Konstruktionen wie z. B. ein wassergekühltes Hotend umgesetzt werden, die einerseits zu einer erheblichen Kostenminderung und andererseits zu Funktionsvorteilen im Hochlastbetrieb führen. Generell kann das Verfahren auch bei anderen Konzepten eingesetzt werden, die mit zu geringen Abgastemperaturen arbeiten. Das Verfahren ermöglicht dann zum Beispiel eine Reduktion der Edelmetallbeladung.
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 10315476 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen in Kraftfahrzeugen mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, wobei zumindest während einer Schubphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht wird und durch entsprechende Maßnahmen sichergestellt wird, dass das aus dem Kraftstoff und der Luft gebildete Kraftstoff-Luftgemisch zumindest nahezu ungezündet in das Abgasnachbehandlungssystem einströmt, dadurch gekennzeichnet, dass als entsprechend erste Maßnahme der Kraftstoff erst nach einer Zündung der dem Brennraum zugeordneten Zündkomponente in den Brennraum eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Maßnahme während des Schubbetriebs eine derart geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt wird, dass keine Entflammung oder nur eine geringe Entflammung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine derart geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird, dass sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, dass wesentlich größer als zwei ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine weitere Maßnahme bei einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders während des Schubbetriebs die Zündung der diesem Brennraum zugeordneten Zündkomponente abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einführung von Kraftstoff in den Brennraum eine vorgegebene Menge an Kraftstoffdampf aus der Tankentlüftung dem Brennraum zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Maßnahme nur dann vorgenommen wird, wenn die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems unter einen vorgegeben Grenzwert fällt oder um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert von der optimalen Betriebstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems abweicht.