DE102016014763A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesonder eines Kraftwagens - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesonder eines Kraftwagens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem während wenigstens eines einen Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) umfassenden Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest ein Teilbereich eines von einem von der Verbrennungskraftmaschine (10) bereitgestellten Gas durchströmbaren Stickoxid-Speicherkatalysators (18) mittels wenigstens einer Umgehungsleitung (26) zumindest von einem Teil des Gases umgangen wird, wobei während des Schubbetriebs und während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, ein stromab des Teilbereichs angeordneter Stickoxid-Sensor (28) kalibriert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 100 15 292 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird während wenigstens eines einen Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine umfassende Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zumindest ein Teilbereich eines von einem von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Gas durchströmbaren Stickoxid-Speicherkatalysators mittels wenigstens einer Umgehungsleitung zumindest von einem Teil des Gases umgangen. Während des Schubbetriebs finden in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Brennräumen, keine Verbrennungsvorgänge statt, sodass während des Schubbetriebs in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Brennräumen, ablaufende Verbrennungsvorgänge unterbleiben.
  • Außerdem offenbart die DE 10 2012 018 673 A1 ein Verfahren zur Regenerierung des Stickoxid-Speicherkatalysators, eingesetzt bei einem Fahrzeug, welches in unterschiedlichen Betriebsbereichen betrieben wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass während des Schubbetriebs und während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, ein stromab des Teilbereichs angeordneter Stickoxid-Sensor kalibriert wird. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Betriebszustand, in welchem zumindest der Teilbereich zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, zu nutzen, um den Stickoxid-Sensor zu kalibrieren. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei den Umstand, dass unter dem Schubbetrieb ein Betrieb zu verstehen ist, während welchem in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Brennräumen, keine Verbrennungen beziehungsweise Verbrennungsvorgänge, in deren Rahmen jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemische verbrannt werden, stattfinden beziehungsweise ablaufen.
  • Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass während des Schubbetriebs eine Abgasrückführung (AGR) unterbleibt, sodass das während des Schubbetriebs von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Gas kein Abgas umfasst, welches aus in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Brennräumen, ablaufenden Verbrennungsvorgängen, in deren Rahmen jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemische verbrannt werden, resultiert, umfasst, sondern das von der Verbrennungskraftmaschine während des Betriebszustands bereitgestellte Gas umfasst zumindest überwiegend, insbesondere vollständig beziehungsweise ausschließlich, Luft, welche beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren Brennräume durchströmt.
  • Somit sind in dem von der Verbrennungskraftmaschine während des Betriebszustands bereitgestellten Gas keine Stickoxide (NOx) enthalten, sodass die Kalibrierung des Stickoxid-Sensors nicht durch in dem von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Gas enthaltene Stickoxide beeinträchtigt wird. Eine solche Beeinträchtigung der Kalibrierung kann zudem dadurch vermieden werden, dass der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators, insbesondere der gesamte Stickoxid-Speicherkatalysator, zumindest von dem Teil des Gases, insbesondere von dem gesamten Gas, umgangen wird. Dadurch, dass zumindest der Teilbereich beziehungsweise der gesamte Stickoxid-Speicherkatalysator von dem Gas umgangen wird, erfolgt keine Abgabe von etwaig in dem Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxiden an das Gas, sodass eine durch im Gas enthaltene Stickoxide bewirkte Beeinträchtigung der Kalibrierung vermieden werden kann. Dabei liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren die Erkenntnis zugrunde, dass es während eines Schubbetriebs, während welchem das von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Gas einen Stickoxid-Speicherkatalysator durchströmt, in dem Stickoxid-Speicherkatalysator zu einer Desorption von dem im Stickoxid-Speicherkatalysator aufgenommenen Stickoxiden kommen kann. Dies bedeutet, dass während eines solchen Schubbetriebs im Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherte Stickoxide an das den Stickoxid-Speicherkatalysator durchströmende Gas übergehen können, wodurch eine Kalibrierung des stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten Stickoxid-Sensors beeinträchtigt beziehungsweise unmöglich gemacht würde.
  • Es wurde gefunden, dass ein mit Stickoxiden gefüllter Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK) im Schubbetrieb Stickoxide desorbiert, das heißt an das den Stickoxid-Speicherkatalysator durchströmende Gas abgibt. Dies und die daraus resultierende Beeinträchtigung der Kalibrierung des Stickoxid-Sensors können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, da der Stickoxid-Speicherkatalysator von dem Gas umgangen wird. Hierdurch ist es auf besonders vorteilhafte Weise möglich, den Stickoxid-Sensor besonders präzise zu kalibrieren, sodass in der Folge ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
  • Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Stickoxid-Sensor, welcher beispielsweise als Rohemission-Stickoxid-Sensor verwendet wird, auf seinen Nullpunkt kalibriert wird, welcher charakterisiert, dass Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine frei von Stickoxiden sind, das heißt keine Stickoxide enthalten. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausgestaltung vorgesehen, den Nullpunkt des Stickoxid-Sensors zu kalibrieren. Da - wie zuvor beschrieben - das von der Verbrennungskraftmaschine während des Betriebszustands bereitgestellte Gas, dessen Stickoxid-Gehalt mittels des Stickoxid-Sensors erfasst werden kann beziehungsweise erfasst wird, keine Stickoxide enthält, charakterisiert ein insbesondere elektrisches Signal, welches während des Betriebszustands von dem Stickoxid-Sensor bereitgestellt wird, den sogenannten Nullpunkt des Stickoxid-Sensors. Wird dieses den Nullpunkt charakterisierende Signal beispielsweise von einem Steuergerät empfangen, so bedeutet dies beziehungsweise das Signal zeigt an, dass im von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Gas keine Stickoxide enthalten sind. Ausgehend von diesem Nullpunkt beziehungsweise ausgehend von der Kalibrierung des Nullpunkts können dann beispielsweise in Betriebszuständen, in denen das von der Verbrennungskraftmaschine Gas das zuvor beschriebene Abgas ist und somit Stickoxide enthält, die im Abgas enthaltenen Stickoxide beziehungsweise der Stickoxidgehalt oder -anteil des Abgases besonders präzise erfasst werden. Dadurch kann ein besonders effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.
  • Im Rahmen des Verfahrens erfolgt beispielsweise eine Erkennung des Schubbetriebs. In der Folge wird der Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK) von dem von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Gas umgangen, das heißt bypassiert, sodass das Gas nach dem beziehungsweise stromab des NSK und somit am Stickoxid-Sensor keine Stickoxide mehr enthält. Dann kann eine Nullpunkt-Kalibrierung des Stickoxid-Sensors durchgeführt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, wenigstens ein weiteres Katalysatorelement zum Nachbehandeln des Gases zumindest von dem den Teilbereich umgehenden Teil des Gases durchströmt wird. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn als das weitere Katalysatorelement ein Stickoxid-Speicherkatalysator verwendet wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators und das weitere Katalysatorelement parallel zueinander geschaltet, sodass in wenigstens einem von dem Betriebszustand unterschiedlichen weiteren Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zumindest der Teilbereich und das weitere Katalysatorelement gleichzeitig von jeweiligen Teilen des Gases durchströmt werden. Zusätzlich zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs kann dadurch der Bauraumbedarf einer das weitere Katalysatorelement und des Stickoxid-Speicherkatalysator umfassenden Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering gehalten werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators und das weitere Katalysatorelement in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen.
  • Um dabei einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Gehäuse eine relativ zu dem Gehäuse verschwenkbare Klappe angeordnet ist, welche relativ zu dem Gehäuse verschwenkt wird, wodurch mittels der Klappe der zumindest den Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators umgehende Teil des Gases, das heißt eine zumindest den Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators umgehende Menge des Gases eingestellt wird.
  • Um einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators ein von dem Gas durchströmbarer Partikelfilter angeordnet ist, mittels welchen im Gas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Gas gefiltert werden.
  • Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn während des Schubbetriebs und während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, zumindest dem Teilbereich ein Kühlfluid, insbesondere ein Kühlgas, zum Kühlen des Teilbereichs zugeführt wird. Dieser Ausgestaltung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Technisch- und/oder verschleißbedingt kann nicht immer eine vollständige fluidische Absperrung beziehungsweise Versperrung des Stickoxid-Speicherkatalysators gewährleistet werden, sodass es zu, insbesondere geringen, Leckageströmen kommen kann, in deren Rahmen ein geringer Teil des von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Gases den Stickoxid-Speicherkatalysator nicht umgeht, sondern durch den Stickoxid-Speicherkatalysator strömt. Diese Leckageströme beeinträchtigen die Kalibrierung des Stickoxid-Sensors nicht und sind diesbezüglich zu vernachlässigen, da diese Leckageströme beispielsweise keine übermäßige beziehungsweise unerwünschte Desorption von in dem Stickoxid-Speicherkatalysator gespeicherten Stickoxiden bewirken.
  • Durch die Möglichkeit, den Stickoxid-Speicherkatalysator beziehungsweise dessen Teilbereich über die Umgehungsleitung bedarfsgerecht zu umgehen, sodass zumindest ein Teil des Gases, insbesondere ein zumindest überwiegender Teil des Gases oder das gesamte Gas, den Stickoxid-Speicherkatalysator beziehungsweise dessen Teilbereich über die Umgehungsleitung umgeht, kann der Stickoxid-Speicherkatalysator bedarfsgerecht abgeschaltet werden. Durch Beenden der Umgehung des Stickoxid-Speicherkatalysators wird dieser bedarfsgerecht zugeschaltet.
  • Um den Stickoxid-Speicherkatalysator beziehungsweise dessen Teilbereich zu bypassieren, wird beispielsweise ein Abgasventil vor dem bypassierbaren Teilbereich geschlossen und eine Abgasklappe wird geöffnet. Das Abgasventil sollte dabei möglichst dicht sein, sodass kein Gas den bypassierten Teilbereich durchströmen kann. Das Abgasventil kann dabei auch hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator beziehungsweise dem zu bypassierenden Teilbereich angeordnet sein. Um beispielsweise den bypassierbaren Teilbereich zu durchströmen, wird das Abgasventil geöffnet und die Abgasklappe wird geschlossen. Die Abgasklappe muss dabei nicht vollständig abdichten, da ein kleiner oder mittlerer Leckagestrom nicht zu einer Beschädigung von Bauteilen führt, sondern nur um den bypassierbaren Teilbereich vorbeigeleitet wird und nicht die maximal mögliche Leistungsfähigkeit erreicht wird. Idealerweise wird auch die Abgasklappe als möglichst dichtes Ventil ausgeführt.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass der zuvor genannte, bypassierbare beziehungsweise umgehbare Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators und das genannte weitere Katalysatorelement seriell oder parallel zueinander geschalteten sind, insbesondere bezogen auf eine Strömung des Gases. Eine Serienschaltung hat den Vorteil, dass in einem nicht-bypassierten Betrieb, in welchem der bypassierbare Teilbereich nicht umgangen, sondern von dem Gas durchströmt wird, sowohl der bypassierbare Teilbereich als auch das weitere Katalysatorelement genutzt werden können, um beispielsweise das von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Gas nachzubehandeln. Die Parallelschaltung des bypassierbaren Teilbereichs und des weiteren Katalysatorelements kann Vorteile im Package und beim Abgasgegendruck bringen, sodass beispielsweise der Bauraumbedarf gering gehalten werden kann. Vorzugweise wird die Umgehung mittels eines Ventils eingestellt. Mittels eines solchen beispielsweise als Klappe ausgebildeten Ventils ist es beispielsweise möglich, jeweilige, den bypassierbaren Teilbereich und das weitere Katalysatorelements durchströmende Mengen des Abgases präzise einstellen zu können.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine, wobei während eines Schubbetriebs der Verbrennungskraftmaschine eine Stickoxid-Sensor, insbesondere auf dessen Nullpunkt, kalibriert wird;
    • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine;
    • 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine;
    • 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine; und
    • 5 eine schematische Schnittansicht eines Abgasnachbehandlungssystems für eine fünfte Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben, wobei mittels des Verfahrens ein besonders effizienter und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein beispielsweise als Zylindergehäuse ausgebildetes Gehäuseelement 12, durch welches Brennräume in Form von Zylindern 14 der Verbrennungskraftmaschine gebildet sind. Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine10 stellt diese ein Gas bereit, welches beispielsweise aus den Zylindern 14 ausströmt und in eine Abgasanlage 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmt. Mittels der Abgasanlage 16 wird somit das Gas aus den Zylindern 14 von den Zylinder 14 abgeführt, wobei die Abgasanlage 16 von dem Gas durchströmbar ist.
  • Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 werden Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, in den jeweiligen Zylinder 14 eingebracht, sodass in dem jeweiligen Zylinder 14 wenigstens ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Während des befeuerten Betriebs werden somit in den Zylindern 14 jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemische gezündet und verbrannt, sodass das Gas, welches von der Verbrennungskraftmaschine 10 während des befeuerten Betriebs bereitgestellt wird, zumindest Abgas umfasst, welches aus den Verbrennungen der jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemische resultiert.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist in wenigstens einem Betriebszustand betreibbar, welcher einen sogenannten Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst. Beispielsweise wird der befeuerte Betrieb wenigstens einem von dem Betriebszustand unterschiedlichen weiteren Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt. Während des Schubbetriebs jedoch laufen in der Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise in den Zylindern 14 keine Verbrennungsvorgänge ab, sodass während des Schubbetriebs in den Zylindern 14 ablaufende Verbrennungsvorgänge unterbleiben. Ferner unterbleibt beispielsweise während des Schubbetriebs beziehungsweise während des ersten Betriebszustands eine Abgasrückführung, sodass die Verbrennungskraftmaschine 10 kein Abgas bereitstellt, welches aus in den Zylindern 14 ablaufenden Verbrennungen von Kraftstoff-LuftGemischen resultiert. Somit umfasst das von der Verbrennungskraftmaschine 10 während des ersten Betriebszustands bereitgestellte Gas kein Abgas, sondern beispielsweise zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, Luft, welche in die Zylinder 14 einströmt, aus den Zylindern 14 ausströmt und die Abgasanlage 16 durchströmt. Während des ersten Betriebszustands beziehungsweise während des Schubbetriebs unterbleibt auch ein Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder 14, sodass der Schubbetrieb beispielsweise mit einer Kraftstoff-Abschaltphase zusammenfällt.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen in der Abgasanlage 16, welche auch als Abgastrakt bezeichnet wird, angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator 18, welcher auch als NSK bezeichnet wird und von dem von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellten Gas durchströmbar ist. Der NSK ist ein erstes Katalysatorelement zum Nachbehandeln des Gases, insbesondere des Abgases, der Verbrennungskraftmaschine 10.
  • Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens ein weiteres Katalysatorelement 20, welches in der Abgasanlage 16 angeordnet ist. Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist das weitere Katalysatorelement 20 beispielsweise als Oxidationskatalysator, insbesondere als Dieseloxidationskatalysator (DOC), ausgebildet. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet. Das weitere Katalysatorelement 20 ist von dem von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellten Gas durchströmbar und wird genutzt, um das Gas, insbesondere das Abgas, nachzubehandeln. Bezogen auf eine Strömungsrichtung des die Abgasanlage 16 durchströmenden Gases ist das weitere Katalysatorelement 20 stromab des NSK (Stickoxid-Speicherkatalysator 18) angeordnet.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen in der Abgasanlage 16 angeordneten Partikelfilter 22, welcher beispielsweise als Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet ist. Dabei ist der Partikelfilter 22 stromab des NSK und stromab des weiteren Katalysatorelementes 20 angeordnet.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Umgehungseinrichtung 24, welche wenigstens eine Umgehungsleitung 26 aufweist. Die Umgehungsleitung 26 wird auch als Bypass oder Bypass-Leitung bezeichnet und ist an jeweiligen Verbindungsstellen V1 und V2 fluidisch mit der Abgasanlage 16 verbunden. Bezogen auf die Strömungsrichtung des die Abgasanlage 16 durchströmenden Gases ist die Verbindungsstelle V1 stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 angeordnet, wobei die Verbindungsstelle V2 stromab des NSK angeordnet ist. Dabei ist die Verbindungsstelle V2 stromauf des weiteren Katalysatorelements 20 und somit auch stromauf des Partikelfilters 22 angeordnet. Mittels der Umgehungsleitung 26 kann zumindest ein Teil des von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellten und die Abgasanlage 16 durchströmenden Gases aus der Abgasanlage 16 abgezweigt werden. Das abgezweigte Gas strömt in die Umgehungsleitung 26 ein und durch die Umgehungsleitung 26, wobei das die Umgehungsleitung 26 durchströmende Gas beziehungsweise der die Umgehungsleitung 26 durchströmende Teil des Gases den NSK umgeht und somit nicht durch den NSK strömt. Dieses Umgehen des NSK wird auch als Bypassieren bezeichnet.
  • Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der gesamte NSK zumindest von einem Teil des Gases, insbesondere von dem gesamten Gas, umgehbar beziehungsweise zu umgehen ist. Alternativ dazu ist es denkbar, dass lediglich ein Teilbereich des NSK zumindest von einem Teil des Gases zu umgehen ist.
  • Im Rahmen des zuvor genannten Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 ist es vorgesehen, dass der NSK während des zuvor genannten ersten Betriebszustands mittels der Umgehungsleitung 26 von dem Gas umgangen wird, sodass beispielsweise das gesamte Gas an der Verbindungsstelle V1 aus der Abgasanlage 16 abgezweigt wird und in die Umgehungsleitung 26 einströmt. An der Verbindungsstelle V2 kann das die Umgehungsleitung 26 durchströmende Gas aus der Umgehungsleitung 26 ausströmen und in die Abgasanlage 16 einströmen, sodass dann das Gas durch das weitere Katalysatorelement 20 und schließlich durch den Partikelfilter 22 strömen kann.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen in der Abgasanlage 16 angeordneten Stickoxid-Sensor 28, welcher dazu ausgebildet ist, im Abgas etwaig enthaltene und von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellte Stickoxide (NOx) zu erfassen. Mit anderen Worten wird der Stickoxid-Sensor 28 genutzt, um ein Stickoxid-Anteil des von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellten Gases zu erfassen. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird der Stickoxid-Sensor 28 als Stickoxid-Rohemissionssensor genutzt, mittels welchem die Stickoxid-Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 erfasst werden können.
  • Der Stickoxid-Sensor 28 ist dabei stromab des NSK, insbesondere stromab der Verbindungsstelle V2, und stromauf des weiteren Katalysatorelements 20 angeordnet, sodass mittels des Stickoxid-Sensors 28 an einer stromab des NSK und vorzugsweise stromauf des weiteren Katalysatorelements 20 angeordneten Stelle die im Abgas etwaig enthaltenen Stickoxide erfasst werden können.
  • Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere emissionsarmen und effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisieren zu können, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass während des ersten Betriebszustands, das heißt während des Schubbetriebs und während der NSK von dem Gas umgangen wird, der stromab des NSK angeordnete Stickoxid-Sensor 28, insbesondere auf seinen Nullpunkt, kalibriert wird. Der Nullpunkt charakterisiert, dass die Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 frei von Stickoxiden sind, das heißt keine Stickoxide enthalten.
  • Aus 1 ist erkennbar, dass das weitere Katalysatorelement 20 nicht bypassierbar und somit beispielsweise ein nicht-bypassierbarer beziehungsweise durchströmbarer Teil oder Teilbereich ist. Dabei sind der NSK und das weitere Katalysatorelement 20 bei der ersten Ausführungsform seriell zueinander geschaltet, sodass beispielsweise in einem Betriebszustand, in welchem der NSK nicht bypassiert sondern von dem Abgas durchströmt wird, sowohl der NSK als auch das weitere Katalysatorelement 20 von dem Gas durchströmt und somit genutzt werden, um das Gas nachzubehandeln.
  • Die Umgehungseinrichtung 24 umfasst beispielsweise ein in der Umgehungsleitung 26 angeordnetes erstes Ventilelement 30, welches beispielsweise als Abgasklappe ausgebildet ist. Zudem ist ein zweites Ventilelement 32 vorgesehen, welches beispielsweise in der Abgasanlage 16 angeordnet ist und Bestandteil der Umgehungseinrichtung 24 sein kann. Das Ventilelement 32 wird auch als Abgasventil bezeichnet.
  • Um den NSK zu bypassieren, wird beispielsweise das Ventilelement 32, welches stromauf des NSK und stromab der Zylinder 14 angeordnet ist, geschlossen, und das Ventilelement 30, welches in der Umgehungsleitung 26 angeordnet ist, wird geöffnet. Das Ventilelement 32 sollte möglichst dicht sein, damit kein Gas den zu bypassierenden NSK durchströmen kann. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist es denkbar, dass das Ventilelement 32 hinter beziehungsweise stromab des NSK angeordnet sein kann.
  • Um den bypassierbaren NSK zu durchströmen, wird beispielsweise das Ventilelement 32 geöffnet und das Ventilelement 30 wird geschlossen. Das Ventilelement 30 muss dabei nicht vollständig abdichten, da ein kleiner oder mittlerer Leckagestrom nicht zu einer Beschädigung von Bauteilen führt, sondern nur an dem bypassierbaren NSK vorbeigeleitet wird und nicht maximal mögliche Leistungsfähigkeit erreicht. Vorzugsweise wird jedoch auch das Ventilelement 30 möglichst dicht ausgeführt. Die Ventilelemente 30 und 32 sind beispielsweise Bestandteil einer Ventileinrichtung 34, mittels welcher beispielsweise eine den NSK durchströmende erste Menge des Gases und eine die Umgehungsleitung 26 durchströmende zweite Menge des Gases einstellbar sind. Vorzugsweise kann die jeweilige Menge auch Null betragen beziehungsweise das gesamte Gas umfassen.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist das weitere Katalysatorelement 20, welches bei der ersten Ausführungsform stromab der Verbindungsstelle V2 angeordnet ist, stromauf der Verbindungsstelle V1 angeordnet, welche stromauf der Verbindungsstelle V2 angeordnet ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist das weitere Katalysatorelement 20 ein Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK), sodass beispielsweise der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 ein umgehbarer beziehungsweise bypassierbarer erster Teilbereich und das weitere Katalysatorelement 20 ein durchströmter und vorliegend nicht-bypassierbarer zweiter Teilbereich eines Stickoxid-Speicherkatalysators ist.
  • In dem zuvor genannten weiteren Betriebszustand werden beispielsweise sowohl der NSK (Stickoxid-Speicherkatalysator 18) als auch das weitere Katalysatorelement 20 zumindest von einem jeweiligen Teil des Gases durchströmt. Bezogen auf diesen weiteren Betriebszustand sind der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 und das weitere Katalysatorelement 20 sowohl bei der ersten Ausführungsform als auch bei der zweiten Ausführungsform seriell zueinander geschaltet beziehungsweise in einer Serienschaltung angeordnet, sodass das Gas, welches durch das weitere Katalysatorelement 20 strömt, bei dem weiteren Betriebszustand auch durch den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 strömt. In dem weiteren Betriebszustand ist dabei der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 bei der zweiten Ausführungsform stromab des weiteren Katalysatorelements 20 angeordnet.
  • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei welcher eine Einbringeinrichtung 36 vorgesehen ist. Mittels der Einbringeinrichtung 36 wird dem Stickoxid-Speicherkatalysator 18 ein vorzugsweise als Luft, insbesondere Spülluft, ausgebildetes Kühlfluid zugeführt, mittels welchem der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 gekühlt wird beziehungsweise übermäßig hohe Temperaturen des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 vermieden werden. Die Einbringeinrichtung 36 umfasst eine Zufuhrleitung 38, mittels welcher die Spülluft beispielsweise in die Abgasanlage 16 an einer stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 angeordneten Stelle oder in den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 eingeleitet werden kann. Wird beispielsweise der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 in einem Betriebszustand, insbesondere in dem zuvor genannten weiteren Betriebszustand, bypassiert, in dem das Gas zumindest heißes Abgas umfasst, und kommt es beispielsweise zu einem Leckagestrom, sodass zumindest eine geringe Menge an heißem Abgas durch den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 strömen kann, wobei dieser eigentlich zu bypassieren ist, so kann das heiße Abgas mittels der Spülluft gekühlt werden, da beispielsweise die Spülluft in das heiße Abgas eingebracht wird, bevor das heiße Abgas in den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 einströmt. Dadurch können unerwünscht hohe Temperaturen des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 vermieden werden. Auch bei der dritten Ausführungsform sind das weitere Katalysatorelement 20 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 seriell zueinander geschaltet.
  • 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der das weitere Katalysatorelement 20 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 parallel zueinander geschaltet sind. Dadurch werden beispielsweise im weiteren Betriebszustand das weitere Katalysatorelement 20 und der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 von jeweiligen Teilen des Gases gleichzeitig beziehungsweise parallel durchströmt. Durch diese parallele Anordnung kann beispielsweise der Bauraumbedarf der Abgasanlage 16 besonders gering gehalten werden. Ferner ist aus 4 erkennbar, dass bei der vierten Ausführungsform das weitere Katalysatorelement 20 in der Umgehungsleitung 26 angeordnet ist. Dabei ist das Ventilelement 32 in der Umgehungsleitung 26, insbesondere stromauf des weiteren Katalysatorelements 20, angeordnet. Ferner ist das Ventilelement 30 in der Abgasanlage 16 und dabei beispielsweise stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 und insbesondere stromauf der Verbindungsstelle V2 angeordnet.
  • 5 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform, wobei in 5 das Gas beziehungsweise eine Strömung des Gases durch einen Pfeil 40 veranschaulicht ist. Auch bei der fünften Ausführungsform ist das weitere Katalysatorelement 20 parallel zu dem Stickoxid-Speicherkatalysator 18 angeordnet, wobei der Stickoxid-Speicherkatalysator 18 und das weitere Katalysatorelement 20 in einem gemeinsamen Gehäuse 42 angeordnet sind. In dem Gehäuse 42 ist eine Klappe 44 angeordnet, welche um eine Schwenkachse 46 relativ zu dem Gehäuse 42 verschwenkbar ist. Mittels der als Ventilelement fungierenden Klappe 44 ist beispielsweise eine den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 durchströmende Menge beziehungsweise eine den Stickoxid-Speicherkatalysator 18 umgehende Menge des von der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellten Gases bedarfsgerecht einstellbar. Die Klappe 44 ist dabei zumindest im Wesentlichen in der Mitte des Stickoxid-Speicherkatalysators 18 und des weiteren Katalysatorelements 20 angeordnet und insbesondere an einem Drehgelenk schwenkbar gelagert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10015292 A1 [0002]
    • DE 102012018673 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem während wenigstens eines einen Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) umfassenden Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest ein Teilbereich eines von einem von der Verbrennungskraftmaschine (10) bereitgestellten Gas durchströmbaren Stickoxid-Speicherkatalysators (18) mittels wenigstens einer Umgehungsleitung (26) zumindest von einem Teil des Gases umgangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schubbetriebs und während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, ein stromab des Teilbereichs angeordneter Stickoxid-Sensor (28) kalibriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickoxid-Sensor (28) auf seinen Nullpunkt kalibriert wird, welcher charakterisiert, dass Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine (10) frei von Stickoxiden sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (28) zumindest von dem Teil des Gases umgangen wird, wenigstens ein weiteres Katalysatorelement (20) zum Nachbehandeln des Gases zumindest von dem den Teilbereich umgehenden Teil des Gases durchströmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als das weitere Katalysatorelement (20) ein Stickoxid-Speicherkatalysator verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) und das weitere Katalysatorelement (20) parallel zueinander geschaltet sind, sodass in wenigstens einem von dem Betriebszustand unterschiedlichen weiteren Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (10) zumindest der Teilbereich und das weitere Katalysatorelement (20) gleichzeitig von jeweiligen Teilen des Gases durchströmt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) und das weitere Katalysatorelement (20) in einem gemeinsamen Gehäuse (42) aufgenommen sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (42) eine relativ zu dem Gehäuse (42) verschwenkbare Klappe (44) angeordnet ist, welche relativ zu dem Gehäuse (42) verschwenkt wird, wodurch mittels der Klappe (44) der zumindest den Teilbereich des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) umgehende Teil des Gases eingestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Stickoxid-Speicherkatalysators (18) ein von dem Abgas durchströmbarer Partikelfilter (22) angeordnet ist, mittels welchem im Abgas enthaltene Partikel aus dem Abgas gefiltert werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest dem Teilbereich ein Kühlfluid, insbesondere in Kühlgas, zum Kühlen des Teilbereichs zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als das Kühlfluid Luft, insbesondere aus einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine (10), verwendet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10015292A1 (de) 2000-03-28 2001-10-18 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Speicherkatalysator
DE102012018673A1 (de) 2012-09-21 2014-03-27 Fev Gmbh Verfahren zur Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators und Vorrichtung hierfür

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