DE102015221546B4 - Internal combustion engine with internal flow connection - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Gasstroms bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem ersten (1a) und mindestens einem zweiten Zylinder (1b), einem Ansaugtrakt (2) und einem Abgastrakt (3), bei der- jeder Zylinder (1a, 1b) mindestens einen Ansaugkanal und mindestens einen Abgaskanal aufweist,- der zweite Zylinder (1b) ausgebildet ist, deaktiviert zu werden,- der Abgaskanal des ersten Zylinders (1a) in einen ersten Abgaskrümmer (3a) und der Abgaskanal des zweiten Zylinders (1b) in einen zweiten Abgaskrümmer (3b) übergeht,- der erste Abgaskrümmer (3a) und der zweite Abgaskrümmer (3b) in einen dritten Abgaskrümmer (3c) münden,- der Ansaugtrakt (2) einen ersten Ansaugkrümmer (2a) aufweist, der in einen zweiten Ansaugkrümmer (2b) für den ersten Zylinder (1a) und einen dritten Ansaugkrümmer (2c) für den zweiten Zylinder (1c) verzweigt,- der zweite Abgaskrümmer (3b) stromaufwärts des dritten Abgaskrümmers (3c) in eine interne Strömungsverbindung (4) zum dritten Ansaugkrümmer (2c) und eine Strömungsverbindung zum dritten Abgaskrümmer (3c) verzweigt,- an der Stelle der Verzweigung ein Schaltventil (5) angeordnet ist, durch das ein Gasstrom vom zweiten Abgaskrümmer (3b) zum Abgastrakt (2) und / oder zum Ansaugtrakt (3) gelenkt werden kann, wobei während einer Regeneration mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine (1) deaktiviert wird und mindestens ein Zylinder (1a) der Brennkraftmaschine aktiviert bleibt, und ein Gasstrom aus dem deaktivierten Zylinder durch die interne Strömungsverbindung (4) zum Ansaugtrakt (2) geleitet wird, mit den Schritten:S1) Einleiten eines unterstöchiometrischen Betriebes der Brennkraftmaschine (2),S2) Deaktivieren mindestens eines Zylinders (1b) der Brennkraftmaschine (2),S3) Einstellen des Schaltventils (5) derart, dass es in Richtung des Ansaugtrakts (2) vollständig geöffnet und in Richtung des Abgastrakts (3) vollständig geschlossen wird,so dass ein Gasstrom aus dem deaktivierten Zylinder (1b) durch die interne Strömungsverbindung (4) zum Ansaugtrakt (2) geleitet wird und Abgas aus dem aktiven Zylinder (1a) durch den Abgastrakt (3) geleitet wird.Method for controlling a gas flow in an internal combustion engine with at least one first (1a) and at least one second cylinder (1b), an intake tract (2) and an exhaust tract (3), in which each cylinder (1a, 1b) has at least one intake passage and the exhaust gas passage of the first cylinder (1a) into a first exhaust manifold (3a) and the exhaust passage of the second cylinder (1b) into a second exhaust manifold (3b ), - the first exhaust manifold (3a) and the second exhaust manifold (3b) open into a third exhaust manifold (3c), - the intake manifold (2) has a first intake manifold (2a) which is inserted into a second intake manifold (2b) for the the second exhaust manifold (3b) upstream of the third exhaust manifold (3c) into an internal flow connection (4) to the third Ansaugkrümme r (2c) and a flow connection to the third exhaust manifold (3c) branches, - at the location of the branching a switching valve (5) is arranged, through which a gas flow from the second exhaust manifold (3b) to the exhaust tract (2) and / or to the intake ( 3), wherein during a regeneration at least one cylinder of the internal combustion engine (1) is deactivated and at least one cylinder (1a) of the internal combustion engine remains activated, and a gas flow from the deactivated cylinder through the internal flow connection (4) to the intake tract (2 S1) initiating a substoichiometric operation of the internal combustion engine (2), S2) deactivating at least one cylinder (1b) of the internal combustion engine (2), S3) adjusting the switching valve (5) in such a way that it moves in the direction of Intake tract (2) is fully opened and fully closed in the direction of the exhaust tract (3), so that a gas flow from the deactivated cylinder (1b) by the internal S flow connection (4) to the intake tract (2) is passed and exhaust gas from the active cylinder (1 a) through the exhaust gas duct (3) is passed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Gasstroms bei einer Brennkraftmaschine mit einer internen Strömungsverbindung eines Abgaskanals eines deaktivierbaren Zylinders zum Ansaugtrakt des Zylinders.The invention relates to a method for controlling a gas flow in an internal combustion engine with an internal flow connection of an exhaust passage of a deactivatable cylinder to the intake of the cylinder.
Bei Brennkraftmaschinen hat sich zur Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte eine katalytische Nachbehandlung der Abgase durchgesetzt. Moderne Brennkraftmaschinen arbeiten zur Erhöhung des Wirkungsgrades häufig mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen mit einem Sauerstoffüberschuss. Anfallende Stickoxide können im mageren Betrieb nicht reduziert werden, da ihre katalytische Reduktion nur in einem fetten Betrieb möglich ist. Die Stickoxide im Abgas werden daher im mageren Betrieb in einem Stickoxidspeicherkatalysator, auch als Mager-NOx-Falle (lean NOx trap, LNT) bezeichnet, zwischengespeichert. Ist die Aufnahmekapazität des LNT erschöpft, wird zur Regeneration des LNT ein Zyklus mit einem fetten Abgasgemisch bzw. in einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) durchgeführt. Eine solche Regeneration wird auch als Rich Purge bezeichnet. In diesem Zyklus werden die zwischengespeicherten Stickoxide in einem Stickoxidreduktionskatalysator zu Stickstoff reduziert und der Katalysator für die Speicherung von Stickoxiden wieder frei.In internal combustion engines, a catalytic aftertreatment of the exhaust gases has become established in order to comply with the legally prescribed emission values. Modern internal combustion engines often work to increase the efficiency with lean fuel-air mixtures with an excess of oxygen. Leaking nitrogen oxides can not be reduced in lean operation, since their catalytic reduction is possible only in a rich operation. The nitrogen oxides in the exhaust gas are therefore temporarily stored in lean-burn operation in a nitrogen oxide storage catalyst, also referred to as a lean NOx trap (LNT). If the absorption capacity of the LNT is exhausted, a cycle with a rich exhaust gas mixture or in a substoichiometric mode (λ <1) is carried out for the regeneration of the LNT. Such regeneration is also called rich purge. In this cycle, the cached nitrogen oxides are reduced to nitrogen in a nitrogen oxide reduction catalyst and the catalyst for the storage of nitrogen oxides free again.
Stickoxidspeicherkatalysatoren unterliegen gesetzlichen Vorschriften zur regelmäßigen Überwachung ihres Alterungszustandes. Ein Weg zur Überwachung der Funktion eines Stickoxidspeicherkatalysators beruht z.B. auf einer indirekten Methode, in der Signale von Sauerstoffsensoren, z.B. Lambdasonden oder UEGOs (universal exhaust gas oxygen sensors), stromaufwärts und stromabwärts eines Stickoxidspeicherkatalysators aufgenommen werden, die mit bekannten Alterungszuständen von Katalysatoren ins Verhältnis gesetzt werden, wodurch die Funktionsfähigkeit des Katalysators ermittelt werden kann. Alle Methoden unterliegen sogenannten Betriebsleistungserfordernissen (IUPR, in-use performance requirements), in denen ein Minimum an Kontrollereignissen während eines Betriebes unter reellen Bedingungen durchgeführt werden muss. Dieses Minimum ist unter Umständen jedoch schwierig zu erreichen. Da die Kinetik eines Stickoxidspeicherkatalysators vor allem von der Temperatur abhängt, hängen die Kontrollereignisse von einem Temperaturfenster ab, in dem eine gute Separation der Messwerte der Sensoren beobachtet werden kann. Weiterhin hängt die Funktion eines Stickoxidspeicherkatalysators auch von einem Volumenfluss an Abgas ab. Es besteht damit die Aufgabe, während eines Kontrollereignisses eines Stickoxidspeicherkatalysators geeignete Temperaturen und Volumenfluss des Abgases bereitzustellen.Nitrogen oxide storage catalysts are subject to legal regulations for regular monitoring of their aging state. One way to monitor the function of a nitrogen oxide storage catalyst is by e.g. in an indirect method in which signals from oxygen sensors, e.g. Lambda sensors or UEGOs (Universal exhaust gas oxygen sensors), upstream and downstream of a nitrogen oxide storage catalyst can be recorded, which are related to known aging conditions of catalysts, whereby the functionality of the catalyst can be determined. All methods are subject to so-called performance requirements (IUPR), in which a minimum of control events must be performed during operation under real conditions. However, this minimum may be difficult to achieve. Since the kinetics of a nitrogen oxide storage catalyst depends primarily on the temperature, the control events depend on a temperature window in which a good separation of the measured values of the sensors can be observed. Furthermore, the function of a nitrogen oxide storage catalyst also depends on a volume flow of exhaust gas. It is therefore the object to provide suitable temperatures and volume flow of the exhaust gas during a control event of a nitrogen oxide storage catalyst.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.This object is achieved by a method having the features of
Eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens ist im Stand der Technik bekannt. Die
- - jeder Zylinder mindestens einen Ansaugkanal und mindestens einen Abgaskanal aufweist,
- - der zweite Zylinder ausgebildet ist, deaktiviert zu werden,
- - der Abgaskanal des ersten Zylinders in einen ersten Abgaskrümmer und der Abgaskanal des zweiten Zylinders in einen zweiten Abgaskrümmer übergeht,
- - der erste Abgaskrümmer und der zweite Abgaskrümmer in einen dritten Abgaskrümmer münden,
- - der Ansaugtrakt einen ersten Ansaugkrümmer aufweist, der in einen zweiten Ansaugkrümmer für den ersten Zylinder und einen dritten Ansaugkrümmer für den zweiten Zylinder verzweigt,
- - der zweite Abgaskrümmer stromaufwärts des dritten Abgaskrümmers in eine interne Strömungsverbindung zum dritten Ansaugkrümmer und eine Strömungsverbindung zum dritten Abgaskrümmer verzweigt,
- - an der Stelle der Verzweigung ein Schaltventil angeordnet ist, durch das die Öffnung der interne Strömungsverbindung zum Abgastrakt oder zum Ansaugtrakt variiert werden kann.
- each cylinder has at least one intake passage and at least one exhaust passage,
- the second cylinder is designed to be deactivated,
- the exhaust passage of the first cylinder merges into a first exhaust manifold and the exhaust passage of the second cylinder into a second exhaust manifold,
- the first exhaust manifold and the second exhaust manifold open into a third exhaust manifold,
- the intake manifold has a first intake manifold that branches into a second intake manifold for the first cylinder and a third intake manifold for the second cylinder,
- the second exhaust manifold branched upstream of the third exhaust manifold into an internal flow connection to the third intake manifold and a flow connection to the third exhaust manifold,
- - At the point of branching, a switching valve is arranged, through which the opening of the internal flow connection to the exhaust tract or the intake tract can be varied.
Die Brennkraftmaschine weist damit eine Art Rückführung auf, in der kein Abgas, sondern ein Luftgemisch, das in die deaktivierten Zylinder eingesaugt wird, durch offene Einlass- und Auslassventile und durch die interne Strömungsverbindung wieder zu den Einlassventilen strömen und damit zirkulieren kann, solange das Schaltventil vom zweiten Abgaskrümmer zum dritten Ansaugkrümmer auf Durchlass geschaltet ist. Die nicht deaktivierten Zylinder befinden sich während der Deaktivierung der anderen Zylinder unter einer höheren Last, erzeugen damit ein höheres Drehmoment und damit höhere Abgastemperaturen. Weiterhin hängt die Abgasmenge von der Anzahl der aktiven Zylinder ab, so dass vorteilhaft sowohl die Temperatur als auch der Abgasvolumenstrom durch den zu kontrollierenden Katalysator gesteuert werden kann. Wie die Deaktivierung bzw. Abschaltung von Zylindern funktioniert, ist dem Fachmann bekannt.The internal combustion engine thus has a type of feedback, in which no exhaust gas, but an air mixture that is sucked into the deactivated cylinder, through open inlet and exhaust valves and through the internal flow connection again flow to the intake valves and thus can circulate, as long as the switching valve from the second exhaust manifold to the third intake manifold is switched to passage. The non-deactivated cylinders are under a higher load during the deactivation of the other cylinders, thus generating a higher torque and thus higher exhaust gas temperatures. Furthermore, the amount of exhaust gas depends on the number of active cylinders, so that advantageously both the temperature and the exhaust gas volume flow can be controlled by the catalyst to be controlled. As the deactivation or Shutdown of cylinders is known in the art.
Bevorzugt ist bei der Brennkraftmaschine bei einer Anzahl von n Zylindern eine maximale Anzahl von n-1 Zylinder ausgebildet, deaktiviert zu werden. Auf diese Weise ist immer ein Zylinder aktiv, d.h. mindestens ein Zylinder produziert Abgas, solange die Brennkraftmaschine in Betrieb ist.In the case of a number of n cylinders, a maximum number of n-1 cylinders is preferably designed to be deactivated in the internal combustion engine. In this way, one cylinder is always active, i. At least one cylinder produces exhaust gas as long as the internal combustion engine is in operation.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn bei der Brennkraftmaschine das Schaltventil pro Strömungsrichtung kontinuierlich im Bereich von null bis 100% geöffnet werden kann. Dadurch kann das Schaltventil vollständig in Richtung des Ansaugtraktes geöffnet und dabei vollständig in Richtung des Abgastraktes geschlossen sein, oder in Richtung des Ansaugtraktes vollständig geschlossen und dabei vollständig in Richtung des Abgastraktes vollständig geöffnet sein. Weiterhin sind auch ein teilweises Öffnen in jeweils eine Richtung möglich, so dass ein Gasstrom aus den deaktivierten Zylindern bei Bedarf auch in den Abgasstrom aus den aktiven Zylindern beigemischt werden kann.Furthermore, it is preferred if in the internal combustion engine, the switching valve per flow direction can be opened continuously in the range of zero to 100%. Thereby, the switching valve can be fully opened in the direction of the intake and thereby be completely closed in the direction of the exhaust tract, or completely closed in the direction of the intake and thereby be completely opened completely in the direction of the exhaust tract. Furthermore, a partial opening in one direction are also possible, so that a gas flow from the deactivated cylinders can, if necessary, also be mixed into the exhaust gas stream from the active cylinders.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist mindestens eine Kühleinrichtung in der internen Strömungsverbindung angeordnet. Die Kühleinrichtung dient vorteilhaft zur Kühlung des zirkulierten Gasstroms, um Schaden durch Temperatureinwirkung am Material der Ansaugkrümmer zu vermeiden.In a preferred embodiment of the internal combustion engine, at least one cooling device is arranged in the internal flow connection. The cooling device is advantageously used for cooling the circulated gas flow in order to avoid damage due to the effect of temperature on the material of the intake manifold.
Bevorzugt sind in der Brennkraftmaschine zusätzliche Ventile zum Steuern einer Strömung in den Abgaskanälen angeordnet. Mehrere Ventile im System sind vorteilhaft, da auf diese Weise der Gasstrom von unterschiedlichen Zylindern flexibel gesteuert werden kann. Durch weitere Ventile können vorteilhaft verschiedene Konfigurationen von aktiven und deaktivierten Zylindern erstellt werden.Preferably, additional valves for controlling a flow in the exhaust ducts are arranged in the internal combustion engine. Several valves in the system are advantageous because in this way the gas flow of different cylinders can be flexibly controlled. Other valves can advantageously be used to create different configurations of active and deactivated cylinders.
Weiterhin ist die Abgasnachbehandlungsanlage im Abgastrakt der Brennkraftmaschine bevorzugt ein Stickoxidspeicherkatalysator angeordnet. Die Brennkraftmaschine ermöglicht vorteilhaft eine Kontrolle der Funktion eines Stickoxidspeicherkatalysators.Furthermore, the exhaust aftertreatment system is preferably arranged in the exhaust gas tract of the internal combustion engine, a nitrogen oxide storage catalyst. The internal combustion engine advantageously makes it possible to control the function of a nitrogen oxide storage catalytic converter.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Gasstroms bei einer oben beschriebenen Brennkraftmaschine, wobei während einer Regeneration mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine deaktiviert wird und mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine aktiviert bleibt, mit den Schritten:
- S1) Einleiten eines unterstöchiometrischen Betriebes der Brennkraftmaschine,
- S2) Deaktivieren mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine,
- S3) Einstellen des Schaltventils derart, dass es in Richtung des Ansaugtrakts vollständig geöffnet und in Richtung des Abgastrakts vollständig geschlossen wird,
- S1) initiating a substoichiometric operation of the internal combustion engine,
- S2) deactivating at least one cylinder of the internal combustion engine,
- S3) adjusting the switching valve such that it is fully opened in the direction of the intake tract and completely closed in the direction of the exhaust gas tract,
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das erfinderische Verfahren zusätzlich den Schritt
- S0) Vorbereiten der Regeneration durch deaktivieren mindestens eines Zylinders (1b) während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine,
- S0) preparing the regeneration by deactivating at least one cylinder (1b) during a normal operation of the internal combustion engine,
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer im Stand der Technik bekannten Anordnung einer Brennkraftmaschine. -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer im Stand der Technik bekannten Anordnung einer Brennkraftmaschine. -
3 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an embodiment of an arrangement known in the art of an internal combustion engine. -
2 a schematic representation of an embodiment of an arrangement known in the art of an internal combustion engine. -
3 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
Eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Der Abgastrakt 3 ist direkt an den Zylindern in Abgaskanäle unterteilt. Die Abgaskanäle der Zylinder
Im Bereich des Übergangs vom zweiten 3b in den dritten Abgaskrümmer
In der Konfiguration gemäß
In Abgastrakt 3 ist stromabwärts des dritte Abgaskrümmers
In
Mit der Brennkraftmaschine
Wird die Regeneration und damit das Kontrollereignis des Katalysators
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- = Brennkraftmaschine= Internal combustion engine
- 1a1a
- = erster Zylinder= first cylinder
- 1b1b
- = zweiter Zylinder= second cylinder
- 1c1c
- = dritter Zylinder= third cylinder
- 1d1d
- = vierter Zylinder= fourth cylinder
- 2a2a
- = erster Ansaugkrümmer= first intake manifold
- 2b2 B
- = zweiter Ansaugkrümmer= second intake manifold
- 2c2c
- = dritter Ansaugkrümmer= third intake manifold
- 3a3a
- = erster Abgaskrümmer= first exhaust manifold
- 3b3b
- = zweiter Abgaskrümmer= second exhaust manifold
- 3c3c
- = dritter Abgaskrümmer= third exhaust manifold
- 44
- = interne Strömungsverbindung= internal flow connection
- 55
- = Schaltventil= Switching valve
- 66
- = Abgasnachbehandlungsanlage= Exhaust aftertreatment system
- 6a6a
- = Stickoxidspeicherkatalysator= Nitrogen oxide storage catalyst
- 7a7a
- = erster Sensor= first sensor
- 7b7b
- = zweiter Sensor= second sensor
- 88th
- = Turbine= Turbine
- 99
- = Kühleinrichtung= Cooling device
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