DE102013021370A1

DE102013021370A1 - Heating method for a catalyst of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102013021370A1
Application number: DE102013021370.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Altenschmidt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-18
Also published as: WO2015086129A2; WO2015086129A3

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.The invention relates to a heating method for a catalytic converter (50) of an internal combustion engine (10), which is operated under charge stratification of fresh air (60) for combustion of fuel. Exhaust gas aftertreatment of raw emissions (66) emitted by the internal combustion engine (10) is carried out by the catalytic converter (50). Before starting the exhaust aftertreatment, an amount of air (62) of fresh air (60) drawn in by the internal combustion engine (10) is reduced, thereby increasing the temperature (54) of the raw emissions (66).

Description

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.The invention relates to a heating method for a catalytic converter of an internal combustion engine, which is operated under charge stratification of fresh air for combustion of fuel, in which an exhaust gas aftertreatment of raw emissions emitted by the internal combustion engine is performed.

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.Such a heating method is already the DE 100 43 375 A1 to be known as known. In the local method for heating a catalyst in internal combustion engines, 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, a reactive mixture is supplied, the reaction releases heat there in the catalyst. As the first measure, a change in the ignition angle is proposed in the local heating method, whereby a so-called retardation of the ignition angle, an exhaust gas temperature increase and, accordingly, a heating of the catalyst is brought about. As the second measure, a fuel post-injection following combustion is proposed in the gasoline direct injection internal combustion engine there. As a result of this fuel post-injection, the exhaust gas in the region of the exhaust gas tract is raised to a particularly high temperature. Both the first proposed measure, as well as the second measure cause a particularly rapid heating of the local catalyst. As a result of the retardation of the ignition angle (first measure), however, there is a corresponding retardation of the so-called combustion center, with a large part of the developing energy during combustion is dissipated as heat energy in the exhaust tract, instead of being used for driving the crankshaft. Accordingly, it comes in the first measure as well as 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.

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 NO_x-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.Currently, it is customary to operate internal combustion engines with gasoline direct injection at least in part-load operation with a stratified fresh air charge at high excess air (combustion air ratio λ greater than 1). As a result, a particularly low fuel consumption is achieved, wherein the charge injection, the fuel injection takes place so late that in the combustion chamber of the internal combustion engine consisting of an insulating air layer first zone and at least substantially from this first zone partially enclosed second zone, which is a combustible air -Mixed fuel mixture in the ignition source (spark plug) is formed. Although particularly high efficiencies can be achieved by this stratified operation, the exhaust gas temperatures of the raw emissions emitted by the internal combustion engines 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 can be effectively carried out by means of the catalyst.

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.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 can be achieved quickly with particularly low efficiency losses.

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.This object is achieved by a heating method with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the other claims.

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 (NO_x). 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 order to provide a heating method for a catalyst of an internal combustion engine, by means of which the light-off temperature, ie the minimum 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 inventively provided that before starting the exhaust aftertreatment reduces a sucked by the internal combustion engine air quantity of fresh air and thereby the temperature of the raw emissions is increased. The 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, a comparatively large concentration of pollutants, such as nitrogen oxides (NO _x ). As in stratified charge operation - usually under partial load - a particularly lean (λ significantly greater than 1) combustion mixture is present, the temperatures during stratified charge (charge stratification) in the combustion chamber are particularly low, especially in this mode in the area around the spark plug (ignition source) an ignitable mixture exists, whereas in the remaining combustion chamber is a particularly difficult to ignite mixture, or even non-combustible mixture or even fuel-free fresh charge. As a result of the combustible mixture in the area around the ignition source locally particularly high temperatures, whereas the less flammable or incombustible and therefore extremely lean area does not inflame or only delayed flames and, accordingly, has particularly lower temperatures. Accordingly, 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 change, that is to say during the supply of fresh air. By virtue of this reduction, the proportion of combustible mixture (around the ignition source) is accordingly increased in comparison with the total amount of charge contained in the combustion chamber. As a result, the average temperature of the raw emissions increases, whereby the built-in catalytic converter faster reaches its operating temperature (light-off temperature) and accordingly the start of exhaust aftertreatment and thus the conversion of pollutants can be accelerated by rapid heating of the catalyst. The reduction of the sucked air quantity of fresh air is therefore particularly helpful, especially before starting the exhaust aftertreatment, ie before the catalyst has reached its light-off temperature, in order to accelerate the heating of the catalyst.

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.In an advantageous embodiment of the invention, the amount of air is reduced by means of respective charge exchange organs of the internal combustion engine. Such charge exchange organs include, for example, intake manifolds or throttle valves. Thus, for example, by means of such intake manifold gas oscillations are used according to the acoustic principle to achieve a particularly high so-called degree of delivery (particularly high fresh charge actually contained in the cylinder compared to the theoretically maximum possible filling). This is achieved by favorable tuning of the intake manifold of a reloading effect, in which a pressure wave arrives at an open inlet valve and due to this pressure wave, an increased inflow of fresh air, or fresh charge is achieved in the cylinder. However, such intake manifolds can also be used to guide the gas oscillations such that the degree of delivery is deliberately reduced and, accordingly, the intake air quantity is reduced. It can therefore be deliberately avoided, for example by means of this shift intake, for example, that 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.

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.As a further advantage, it has been shown that the respective charge exchange organs comprise a plurality of gas exchange valves. 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, the use of a plurality of gas exchange valves can have a particularly effective influence on the so-called charge movement within the combustion chamber, that is to say the combustion chamber. Thus, for example, 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 z. B. the expression of so-called twisting movements and additionally or alternatively z. B. so-called Tumblebewegungen the fresh air are supported, which is of particular interest when the internal combustion engine is operated in a higher load range and thus no longer under charge stratification, but under homogeneous mixture formation.

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.Of particular advantage, it continues to be when the charge exchange organs include a variable valve train. By means of such a variable valve train both respective valve lifts and additionally or alternatively valve spread and opening times of the gas exchange valves can be set particularly freely. By means of the variable valve train, 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. Accordingly, the variable valve train also influences the mixture preparation and the combustion quality and, accordingly, the specific consumption, or the consumption of internal combustion engines, especially if they are operated as gasoline engines. Accordingly, the variable valve train is particularly suitable for reducing the intake air quantity of fresh air, since high charge exchange losses can be avoided and the mass flow of the intake air can be adjusted very quickly, while reducing the throttle losses and thus their negative impact on the charge cycle work and the consumption.

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 Einlassnockenwelle 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 Kolbenbewegung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann.As further advantageous, it has been shown when the charge exchange organs at least one Camshaft include. In engines having at least one intake valve and at least one exhaust valve per cylinder, it is common to employ two camshafts wherein one of the camshafts is used as a so-called intake camshaft for actuating the respective intake valves and the other camshaft as so-called exhaust valves for operating the exhaust valves. The camshafts are usually mechanically coupled to the crankshaft of the internal combustion engine, whereby a particularly precisely timed valve actuation can be effected in dependence on the piston movement of the internal combustion engine.

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 Drosselverluste welche sich vor allem bei der Durchströmung enger Ventilspalte ergeben, verringert werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, 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 in addition any throttle losses which arise especially in the flow through narrow valve gaps, can be reduced.

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.Preferably, 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 sooner it starts with the conversion of the pollutants contained in the raw emissions.

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 (NO_x) 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.Finally, it has proven to be advantageous if the internal combustion engine is operated under partial load at least before starting the exhaust gas aftertreatment. The emission of pollutants is accompanied by the injection quantity of the fuel injected into the combustion chamber (combustion chamber), and accordingly more pollutants such as nitrogen oxides (NO _x ) arise as a result of increased combustion temperatures and, in particular, peak combustion temperatures during full-load operation of the internal combustion engine. Since prior to the start of the exhaust aftertreatment by the catalyst whose light-off temperature has not been reached and accordingly a conversion of pollutants is not or only partially possible, accordingly, the internal combustion engine should be operated under partial load to the pollutant levels or the amount of pollutants in the expelled exhaust keep as low as possible, as long as the catalyst has not yet reached its operating temperature. It is clear, however, that operation under partial load is only possible if this is compatible with the driver's request.

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.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Figur.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the figure.

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.This figure shows a schematic representation of a single cylinder of an internal combustion engine only partially shown, wherein respective charge exchange organs by means of a control unit (ECU) are temperature-controlled or controlled.

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 NO_x-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 (NO_x) besonders wirksam konvertiert werden können.The figure shows a schematic representation of a portion of an internal combustion engine 10 where a combustion chamber 20 through a cylinder 18 as well as a piston 16 , which depends on a rotation of a crankshaft 12 under the mediation of a connecting rod 14 is intermittently moved up and down, is formed. To an upper area (combustion chamber roof) of the cylinder 18 on the one hand close an inlet channel 32 for supplying fresh air 60 to a gas exchange valve designed as an inlet valve 22 and on the other hand, an exhaust duct 34 for discharging raw emissions 66 by opening a gas exchange valve formed as an outlet valve 24 after combustion. In this embodiment of the invention are between the gas exchange valves 22 . 24 side by side designed as a spark plug ignition source 26 and an injector designed as an injection nozzle for direct injection 28 arranged. One the injector 28 fuel pump, a fuel tank or any fuel lines are not shown here. Likewise, one is the ignition source 26 not shown with electrical energy supplying energy storage. Depending on which of the four strokes the internal combustion engine is 10 is being operated, the gas exchange valves 22 . 24 by means of respective camshafts 42 . 48 intermittently open or remain closed as a result of a spring force of respective valve springs not shown here. The camshaft 42 which the gas exchange valve 22 (Intake valve) operated, 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 as a function of the crankshaft 12 the internal combustion engine 10 and are with the crankshaft 12 mechanically coupled, which is not shown in this figure. The two camshafts 42 . 48 include respective cams 44 each different contour. So can the camshaft 42 for example, plateau cam as a cam 44 whereas the camshaft 48 (Exhaust camshaft), for example as the cam 44 may have a so-called circular arc cam. Depending on the cam contours, or depending on the plunger surfaces of the gas exchange valves 22 . 24 arise for the latter according to different so-called valve lift curves. The valve lift of the gas exchange valve 22 (Intake valve) is engaged by a variable valve train 46 influenced by engaging the variable valve train 46 an amount of air 62 the fresh air 60 can be reduced under particularly low throttle losses, so that accordingly in a stratified charge mode of the internal combustion engine 10 a proportion of poorly flammable or non-flammable working gas can be reduced. This increases the process temperatures in the combustion chamber 20 during combustion, causing a temperature accordingly 54 of raw emissions 66 rises, which via the outlet channel to a catalyst 50 , which in the present case is designed as a NO _x storage box, are passed. The catalyst 50 has a characteristic operating temperature, which as a light-off temperature 52 is called, wherein the catalyst 50 from reaching this light-off temperature 52 is heated to a sufficiently high temperature, from which pollutants such as nitrogen oxides (NO _x ) can be converted particularly effectively.

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.The gas exchange valves 22 . 24 , the variable valve train 46 as well as the two camshafts 42 . 48 are also called so-called charge exchange organs 40 designated. In the present example, only the gas exchange valve 22 (Intake valve) through the variable valve train 46 with regard to its valve lift curve. It is clear that another variable valve train 46 but also to influence the valve lift curve of the gas exchange valve 24 (Exhaust valve) could be provided. The variable valve train 46 becomes as well as the ignition source 26 (Spark plug) and the injector 28 through a control unit 70 (ECU) of the internal combustion engine 10 regulated or controlled. By means of the control unit 70 are also respective, the light-off temperature 52 or the temperature 54 of raw emissions 66 detected corresponding signals. By means of the control unit 70 So z. B. the variable valve train 46 depending on the temperature 54 , or the time course of the temperature 54 be regulated, so that the amount of air 62 before starting the exhaust aftertreatment, so before the catalyst 50 its light-off temperature 52 has reached, by engaging the variable valve train 46 in the valve lift of the gas exchange valve 22 can be reduced. This can change the temperature 54 of raw emissions 66 be raised and the catalyst 50 faster to its light-off temperature 52 to be heated. Because the catalyst 50 is subject to aging phenomena over its lifetime, it is recommended the development of light-off temperature 52 to hold on to the time. It may accordingly be necessary to reduce the amount of air 62 and thereby the temperature 52 To adapt to the aging phenomena, over the entire life of the motor vehicle, or the catalyst as fast as possible always the same catalyst heating 50 to reach.

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.Before starting the exhaust aftertreatment, so long as the light-off temperature 52 of the catalyst 50 not yet reached and accordingly the catalyst 50 those in the raw missions 66 , So the pollutants contained in the exhaust gas can not convert sufficiently or incomplete, which is by the internal combustion engine 10 sucked air volume 62 in fresh air 60 by controlling and regulating the charge exchange organs 40 by means of the control unit and thereby reduces the temperature 54 of raw emissions 66 elevated. Because of that, the amount of air 62 by means of the respective charge exchange organs 40 the internal combustion engine 10 is reduced, the internal combustion engine 10 be operated under very low throttle losses and accordingly low fuel consumption. In order to achieve a particularly rapid achievement of the light-off temperature 52 of the catalyst 50 to allow, by means of regulation and control of the charge exchange organs 40 through the control unit 70 the temperature 54 of raw emissions 66 to a value above the light-off temperature 52 of the catalyst 50 elevated. In order to save a particularly high amount of fuel, the internal combustion engine 10 at least before starting the exhaust aftertreatment, so before the catalyst 50 its light-off temperature 52 has reached, operated under part load. It is clear that even during operation of the internal combustion engine 10 at particularly low load points, so at particularly low speed and load of the internal combustion engine 10 , the operating temperature of the catalyst 50 Cool down and therefore to a value below the light-off temperature 52 can fall. By means of regulation and control of the charge exchange organs 40 through the control unit 70 and in particular by the engagement of the variable valve train 46 , the amount of air can 62 the fresh air 60 be reduced so far under particularly low throttle losses that falls below the light-off temperature 52 even with such low load points of the internal combustion engine 10 is effectively prevented.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10043375 A1 [0002]

Claims

Heating method for a catalyst ( 50 ) an internal combustion engine ( 10 ), which under charge stratification of fresh air ( 60 ) is operated for combustion of fuel, wherein an exhaust aftertreatment of the internal combustion engine ( 10 ) emitted raw emissions ( 66 ) is performed, characterized in that before starting the exhaust aftertreatment by the internal combustion engine ( 10 ) sucked air volume ( 62 ) of fresh air ( 60 ) and thereby the temperature ( 54 ) of raw emissions ( 66 ) is increased.

Heating method according to claim 1, characterized in that the amount of air ( 62 ) by means of respective charge exchange organs ( 40 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is reduced.

Heating method according to claim 2, characterized in that the respective charge exchange organs ( 40 ) a plurality of gas exchange valves ( 22 . 24 ).

Heating method according to claim 2 or 3, characterized in that the charge exchange organs ( 40 ) a variable valve train ( 46 ).

Heating method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the charge exchange organs ( 40 ) at least one camshaft ( 42 ).

Heating method according to claim 5, characterized in that the at least one camshaft ( 42 ) comprises respective plateau cams.

Heating method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature ( 54 ) of raw emissions ( 66 ) at least to the value of the light-off temperature ( 52 ) of the catalyst ( 50 ) is increased.

Heating method according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine ( 10 ) is operated under partial load at least before starting the exhaust aftertreatment.