DE102017126613A1 - Verfahren zur Reduzierung der Partikelemissionen bei einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung der Partikelemissionen bei einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Partikelemissionen eines Verbrennungsmotors (10) bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors (10). Dabei wird in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors (10) mindestens ein Brennraum (12) des Verbrennungsmotors (10) abgeschaltet, sodass in diesem abgeschalteten Brennraum lediglich Luft verdichtet wird. Durch die Verdichtungsarbeit erwärmt sich der Brennraum, sodass eine bessere Verdampfung des Kraftstoffes in dem Brennraum (12) erreicht wird.
Es ist vorgesehen, dass der zunächst abgeschaltete Brennraum (12) zugeschaltet wird, wenn die Zylinderwand des Brennraums (12) eine hinreichende Temperatur erreicht hat, sodass die Rußbildung durch Auftreffen von unverbranntem Kraftstoff auf die kalte Zylinderwand reduziert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Partikelemissionen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors, bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors sowie ein Steuergerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Solche Rußpartikel entstehen besonders nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis nach dem Kaltstart, kalter Zylinderwände sowie der heterogenen Gemischverteilung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors. Die Kaltstartphase ist somit maßgeblich für die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte, sowohl bezüglich der Partikelmasse als auch bezüglich der Partikelanzahl. Zudem führt ein Kaltstart mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsluftverhältnis zu höheren Emissionen an Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), da eine Konvertierung in Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf aufgrund des kalten Katalysators noch nicht möglich ist. Im Fahrbetrieb wird bei Kraftfahrzeugen mit einem Ottopartikelfilter dieser Ottopartikelfilter dann weiter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann. Während bei einem Dieselmotor die Rußbeladung des Partikelfilters im Wesentlichen kontinuierlich im Betrieb erfolgt, so emittiert der Ottomotor Rußpartikel vor allem in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, wobei die Rußbildung mit sinkender Umgebungstemperatur steigt. Der höchste Anteil der Rußrohemissionen beim fremdgezündeten Verbrennungsmotor stammt infolge der kalten Brennraumwände und der somit unzureichenden Verdampfung des Kraftstoffs aus einer Kaltstartphase bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unter 0°C.
  • Um die Rußentstehung in der Kaltstartphase eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors zu vermindern, sind beispielsweise eine Verringerung der Startanreicherung, der Einsatz einer Mehrfachzündung oder eine Mehrfacheinspritzung zur Vermeidung einer Brennraumwandbenetzung sowie zur verbesserten Gemischaufbereitung bekannt. Diese Maßnahmen sind jedoch meist nur mit hohem Aufwand zu realisieren und daher meist kostenintensiv.
  • Aus der DE 101 31 937 A1 sind eine Einrichtung zur Reduktion von Fahrzeugemissionen sowie ein Verfahren zur Reduktion der Kaltstart-Emissionen eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem die Ventilsteuerzeiten, der Zündwinkel und das Verbrennungsluftverhältnis angepasst werden, um die Verbrennungstemperatur und die Verbrennungseffizienz in der Kaltstartphase zu verbessern und die Kaltstartemissionen zu reduzieren.
  • Darüber hinaus ist eine Zylinderabschaltung von zumindest einem Brennraum, vorzugsweise von mindestens zwei Brennräumen, insbesondere von der Hälfte der vorhandenen Brennräume, bei einem Verbrennungsmotor bekannt, um bei einer schwachen Motorlast oder einer niedrigen Teillast des Verbrennungsmotors Kraftstoff zu sparen.
  • Aus der DE 10 2012 022 153 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bekannt, bei der die Zylinderabschaltung eines Verbrennungsmotors dazu genutzt wird, die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors zu erhöhen, indem die nicht abgeschalteten Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Gemisch betrieben werden und der unverbrannte Kraftstoff des unterstöchiometrischen Gemischs mit dem Sauerstoff, welcher durch die abgeschalteten Zylinder in den Abgaskanal gefördert wird, dort exotherm reagiert.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Rußemissionen in der Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors zu verringern und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Reduzierung der Partikelemission eines Verbrennungsmotors bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
    • - Kaltstart des Verbrennungsmotors, wobei in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors mindestens ein Brennraum des Verbrennungsmotors abgeschaltet ist,
    • - Zuschalten des mindestens einen, vorher abgeschalteten Brennraums, wenn die Zylinderwand des Brennraums eine definierte Mindesttemperatur erreicht hat.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird zumindest ein Brennraum des Verbrennungsmotors bei einem Kaltstart nicht gefeuert betrieben. Dadurch sinken die Rußemissionen des Verbrennungsmotors, da insgesamt weniger Brennraumwände mit Kraftstoff in Kontakt treten können und sich somit weniger unverdampfter Kraftstoff in den Brennräumen befindet, welcher zur Rußbildung beiträgt. In den ungefeuert betriebenen Brennräumen wird die Luft durch den Kolben verdichtet, wodurch sich die Brennräume erwärmen. Sind die Brennräume hinreichend erwärmt, so kann von dem Betrieb mit Zylinderabschaltung in einen Normalbetrieb gewechselt werden, da ab diesem Zeitpunkt keine verstärkte Rußbildung mehr zu erwarten ist. Vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist zudem, dass es sich bei Verbrennungsmotoren mit Zylinderabschaltung kostenneutral umsetzten lässt und keine zusätzlichen Komponenten benötigt werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Verfahrens zur Reduzierung der Partikelemissionen möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Umgebungstemperatur bestimmt wird, und das Verfahren eingeleitet wird, wenn die Umgebungstemperatur unterhalb einer Schwellentemperatur liegt. Bei kalten Umgebungstemperaturen kühlen der Motorblock und somit auch die Brennräume entsprechend stark aus. Somit ist die Rußbildung in den Brennräumen durch nicht hinreichend verdampfenden Kraftstoff besonders stark ausgebildet. Um in diesem Betriebszustand die Partikelemissionen durchzuführen, ist es besonders vorteilhaft, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verringerung der Kaltstartemissionen durchzuführen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor während des Kaltstarts mit einem im Wesentlich stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Auch wenn sich eine Anreicherung des Verbrennungsluftgemischs in der Kaltstartphase nicht vollständig vermeiden lässt und notwendig sein kann, um Zündaussetzer und einen damit verbundenen unruhigen Motorlauf zu vermeiden, wird ein im Wesentlichen stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis angestrebt, um die Emissionen des Verbrennungsmotors durch einen Drei-Wege-Katalysator und/oder einen Vier-Wege-Katalysator effizient in unschädliche Abgaskomponenten zu konvertieren.
  • Bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der die Hälfte der Brennräume in der Kaltstartphase abgeschaltet wird. Bei V-Motoren kann beispielsweise eine komplette Zylinderbank abgeschaltet werden, sodass nur die Hälfte der Brennräume in der Kaltstartphase aktiv ist. Bei 4-Zylinder oder 6-Zylinder-Reihenmotoren ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Hälfte der Brennräume abgeschaltet wird, da somit ein vergleichsweise runder Motorlauf realisiert werden kann und die Komforteinbußen in akzeptablen Grenzen gehalten werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einspritzmenge an Kraftstoff in den nicht abgeschalteten Brennräumen gegenüber einem gleichartigen Betriebspunkt ohne Zylinderabschaltung erhöht wird. Durch eine Erhöhung der Einspritzmenge kann der Verlust an Drehmoment und/oder an Leistung durch die abgeschalteten Brennräume kompensiert werden. Zudem führt eine erhöhte Einspritzmenge dazu, dass sich die gefeuerten Brennräume schneller erwärmen und somit den Temperaturbereich verlassen, in dem besonders viele Partikel emittiert werden.
  • Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Einspritzdruck des in die nicht abgeschalteten Brennräume eingespritzten Kraftstoffs gegenüber einem gleichartigen Betriebspunkt ohne Zylinderabschaltung erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich zu einer Erhöhung der Einspritzmenge ist eine Erhöhung des Einspritzdrucks für die im Kaltstart gefeuerten Brennräume vorgesehen. Durch eine Erhöhung des Einspritzdrucks wird eine feinere Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht, sodass weniger Kraftstoff auf die kalten Zylinderwände der Brennräume trifft. Somit kann die Rußbildung in der Kaltstartphase weiter verringert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren nach einem definierten Zeitintervall oder einer definierten Anzahl von Verbrennungszyklen beendet wird. Um den Verschleiß des Verbrennungsmotors gering zu halten und die Laufruhe des Verbrennungsmotors zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass das Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen nach einem definierten Zeitintervall oder einer definierten Anzahl von Verbrennungszyklen beendet wird.
  • Übersteigt die Lastanforderung an dem Verbrennungsmotor einen Schwellenwert, so werden die zunächst abgeschalteten Brennräume zugeschaltet, um das zur Erfüllung der Lastanforderung notwendige Drehmoment und/oder die zur Erfüllung der Lastanforderung notwendige Leistung bereitzustellen. Da eine hohe Last bei kaltem Verbrennungsmotor aber bekanntermaßen zu einem verstärkten Verschleiß des Verbrennungsmotors führt, da in diesem Betriebsbereich das Motoröl noch kalt ist und die Schmierung der Kolben durch das Motoröl eingeschränkt ist, wird ein Fahrer von sich aus bemüht sein, bei einem Kaltstart, insbesondere bei einem Kaltstart bei kalten Umgebungstemperaturen hohe Motorlasten zu vermeiden. Insofern kann eine solche Zuschaltung der zunächst abgeschalteten Brennräume vertreten werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Steuergerät für den Verbrennungsmotor vorgeschlagen, wobei das Steuergerät derart eingerichtet ist, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Durch ein erfindungsgemäßes Steuergerät kann bei einem Verbrennungsmotor mit Zylinderabschaltung auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein erfinderisches Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen, insbesondere der Partikelemissionen, umgesetzt werden. Dabei kann diese Lösung rein softwaretechnisch implementiert werden, sodass keine zusätzliche Hardware notwendig ist. Somit lässt sich das Verfahren im Wesentlichen kostenneutral an einem Verbrennungsmotor mit vorgesehener Zylinderabschaltung implementieren.
  • Ferner wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Brennräumen, vorzugsweise mit mindestens vier Brennräumen, einem Steuergerät sowie mit einer Abgasanlage vorgeschlagen, in der mindestens ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist. Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich sowohl an Dieselmotoren als auch an Benzinmotoren einfach und kostengünstig durch ein Softwareprogramm auf dem Steuergerät des Verbrennungsmotors implementieren. Da Dieselmotoren aber im Wesentlichen kontinuierlich Ruß emittieren und auch in einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere bei starken Beschleunigungsvorgängen Ruß emittieren, ist die Wirksamkeit dieses Verfahren für einen Dieselmotor begrenzt. Prinzipiell führt das vorgeschlagene Verfahren jedoch bei allen Verbrennungsmotoren zu einer Reduzierung der Kaltstartemissionen, insbesondere der Partikelemissionen bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeuges ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor ein mittels Zündkerzen fremdgezündeter Ottomotor und der mindestens eine Partikelfilter ein Ottopartikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator ist. Bei einem Ottomotor werden, wie eingangs erwähnt, vor allem in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors Rußpartikel emittiert. Daher ist das vorgeschlagene Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen bei einem Ottomotor besonders vorteilhaft, da die Rußentstehung sowohl in den gefeuerten Brennräumen als auch in den zunächst abgeschalteten Brennräumen reduziert wird. Die gefeuerten Brennräume profitieren davon, dass die Einspritzmenge bei gleicher Lastanforderung in diesen Brennräumen höher ist und sich die Brennräume somit schneller nach einem Kaltstart erwärmen. Bei den ungefeuerten Brennräumen wird anfangs ausschließlich Luft verdichtet, wodurch sich die Brennräume erwärmen, sodass bei einem späteren Zuschalten dieser Brennräume die Partikelemissionen ebenfalls reduziert werden. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Reduzierung der Kaltstartemissionen bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einer Mehrfachzündung, einer Erhöhung des Einspritzdrucks, einer Mehrfacheinspritzung oder einer Verringerung der Startanreicherung kombiniert werden. Dadurch ist eine weitere Reduzierung der Kaltstartemissionen, insbesondere der Partikelemissionen, möglich.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Verbrennungsmotor mit einer Luftversorgung, einem KraftstoffEinspritzsystem, einem Zündsystem und einer Abgasanlage, an dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen durchgeführt werden kann; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstart-Emissionen eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors.
  • 1 zeigt einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor 10 für ein Kraftfahrzeug 80, mit einer Abgasanlage 20, in der ein Partikelfilter 22 und ein Drei-Wege-Katalysator 26 angeordnet sind. Zusätzlich zu dem Drei-Wege-Katalysator 14 können in der Abgasanlage weitere Katalysatoren und Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angeordnet sein, insbesondere ein NOx-Speicherkatalysator 28. Der Partikelfilter 22 kann eine drei-Wege-katalytisch wirksame Beschichtung aufweisen, und als sogenannter Vier-Wege-Katalysator 24 ausgebildet sein, wobei der Partikelfilter 22 in diesem Fall die Funktionen des Drei-Wege-Katalysators 26 und des Partikelfilters 22 in einem Bauteil vereint. Der Verbrennungsmotor 10 wird über ein Luftversorgungssystem 60 mit Frischluft versorgt. Dabei sind in einem Ansaugtrakt 58 des Verbrennungsmotors 10 ein Luftfilter 62 und ein Luftmassenmesser 64 angeordnet. Die Frischluft kann mittels eines Kompressors und/oder eines Abgasturboladers 30 verdichtet werden, wobei in der Abgasanlage 20 eine Turbine 32 angeordnet ist, welche einen Verdichter 66 in dem Ansaugtrakt 58 des Verbrennungsmotors 10 antreibt. Auf diese Art und Weise wird die den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 zugeführte Frischluft verdichtet. Zur Steuerung der den Brennräumen 12 zugeführten Frischluftmenge ist in dem Ansaugtrakt 58 eine Drosselklappe 68 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner eine Kraftstoffversorgung auf, bei welcher Kraftstoff 56 aus einem Kraftstofftank 46 mittels einer Kraftstoffpumpe 42 durch eine Kraftstoffleitung 44 einem Kraftstoffstoffeinspritzsystem 40 zugeführt und bedarfsgerecht in den Ansaugtrakt 58 oder in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt wird. Vorzugsweise wird der Kraftstoff 56 durch an den Brennräumen 12 angeordnete Kraftstoffeinspritzventile 18 in den jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt. In der Kraftstoffleitung 44 ist zwischen dem Kraftstofftank 46 und der Kraftstoffpumpe 42 ein Kraftstofffilter 48 vorgesehen, um Verunreinigungen aus dem Kraftstoff 56 zu entfernen und somit die Kraftstoffpumpe 42 sowie das Kraftstoffeinspritzsystem 40 vor Beschädigungen durch verunreinigten Kraftstoff 56 zu schützen. Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner einen Zündverteiler auf, über welchen Zündkerzen 16 an den Brennräumen 12 angesteuert werden können und jeweils einen oder mehrere Zündfunken in den Brennraum 12 emittiert. Somit kann das Verbrennungsluftgemisch in den Brennräumen 12 gezündet werden. In der Abgasanlage 20 des Verbrennungsmotors 10 sind in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 12 stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 und stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 14 Lambdasonden 34, 36 angeordnet, mit welchen das Verbrennungsluftverhältnis λ des Verbrennungsmotors 10 geregelt werden kann. Dazu sind die Lambdasonden 34, 36, das Kraftstoffeinspritzsystem 40 und der Zündverteiler über Signalleitungen 52 mit einem Steuergerät 50 des Verbrennungsmotors 10 verbunden, über welche das Verbrennungsluftverhältnis λ, die Kraftstoffmenge und der Zündzeitpunkt, an dem die Zündkerzen 16 jeweils einen Zündimpuls emittieren, gesteuert werden. Ferner kann in der Abgasanlage 20 ein Temperatursensor 38 vorgesehen sein, über welchen eine Abgastemperatur TEG ermittelt und zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10 genutzt werden kann.
  • Der Partikelfilter 22 oder der Vier-Wege-Katalysator 24 haben die Aufgabe, dass Abgas von Partikeln zu befreien. Dabei werden die Partikel im Filter abgeschieden und das Abgas gereinigt. Durch diesen Abscheidemechanismus wird der Partikelfilter 22 oder der Vier-Wege-Katalysator 24 mit Ruß beladen. Infolge der Beladung können negative Effekte wie Leistungsverlust, höherer Kraftstoffverbrauch, oder auch Zündaussetzer auftreten. Um diese negativen Effekte zu vermeiden, muss der Partikelfilter 22 oder der Vier-Wege-Katalysator 24 zyklisch und/oder in Abhängigkeit der Beladung regeneriert werden. Während bei einem Dieselmotor die Beladung eines Partikelfilters quasi kontinuierlich erfolgt und insbesondere bei starken Beschleunigungen oder Volllast ein Problem ist, emittieren Ottomotoren Partikel im Wesentlichen in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors 10. Bei niedrigen Außentemperaturen, insbesondere bei Außentemperaturen unterhalb von 0°C werden bei einem Ottomotor aufgrund der geringen Gemischhomogenisierung und der geringen Verdampfung des Kraftstoffs sowie der Startanreicherung sehr hohe Partikelemissionen emittiert. Der höchste Anteil der Rußemissionen stammt aus der Folge, dass der Kraftstoff 56 bei kalten Zylinderwänden 14 der Brennräume 12 nur unzureichend verdampft. Durch die hohen Rußemissionen in der Kaltstartphase wird der Partikelfilter 22 oder der Vier-Wege-Katalysator 24 schnell mit Ruß beladen, sodass eine häufige Regeneration des Partikelfilters 22 oder des Vier-Wege-Katalysators 24 notwendig ist. Eine Regeneration des Partikelfilters 22 oder des Vier-Wege-Katalysators 24 ist insbesondere durch einen überstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 oder durch das Einbringen von Sekundärluft in die Abgasanlage 20 möglich. Bei einem überstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 kommt es zudem zu einem Anstieg der Stickoxidemissionen, da diese nicht mehr durch den Drei-Wege-Katalysator 26 oder den Vier-Wege-Katalysator 24 in ungiftige Abgaskomponenten konvertiert werden können.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Partikelemissionen bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt <100> geprüft, ob die Umgebungstemperatur TUMG unterhalb einer Schwellentemperatur TS , insbesondere unterhalb von 0°C liegt. In einem zweiten Verfahrensschritt <110> wird der Verbrennungsmotor 10 gestartet, wobei mindestens ein Brennraum 12 abgeschaltet bleibt, das heißt, in einem ungefeuerten Betrieb mitgeschleppt wird, wobei kein Kraftstoff in den jeweiligen abgeschalteten Brennraum 12 eingespritzt wird. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor 10 als 4-Zylinder-Reihenmotor ausgeführt, wobei vorzugsweise zwei Brennräume 12 in der Kaltstartphase im gefeuerten Betrieb und zwei weitere Brennräume 12 in einem ungefeuerten Betrieb betrieben werden. Dabei wird die Einspritzmenge des in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzten Kraftstoffs 56 während der Kaltstartphase in einem Verfahrensschritt <120> entsprechend erhöht, um mit den zwei gefeuerten Brennräumen 12 eine vergleichbare Leistung wie im Normalbetrieb mit vier Brennräumen 12 darzustellen. Parallel kann in einem Verfahrensschritt <130> der Einspritzdruck des in die Brennräume 12 eingespritzten Kraftstoffs 56 erhöht werden, um eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs 56 zu erzielen und somit feinere Tröpfchen zu bilden, sodass die Gefahr des Auftreffens von unverbranntem, flüssigen Kraftstoff 56 auf die kalte Zylinderwand 14 des Brennraums 12 verringert wird. Durch den gefeuerten Betrieb von nur zwei Brennräumen 12 erwärmen sich diese Brennräume 12 während der Kaltstartphase im Vergleich zu einem Normalbetrieb mit vier befeuerten Brennräumen 12 schneller, sodass eine definierte Mindesttemperatur Tmin , ab der keine verstärkte Rußbildung mehr zu erwarten ist, schneller erreicht wird. Parallel wird in den ungefeuerten Brennräumen 12 in einem Verfahrensschritt <140> Luft verdichtet, wodurch sich auch diese Brennräume 12 erwärmen und dann zugeschaltet werden können, wenn die Zylinderwände 14 der zunächst unbefeuerten Brennräume eine definierte Mindesttemperatur Tmin erreicht haben. Ist diese Mindesttemperatur Tmin erreicht, wird in einem Verfahrensschritt <150> der Verbrennungsmotor 10 auf einen Normalbetrieb umgeschaltet und die in der Kaltstartphase ungefeuerten Brennräume 12 werden aktiviert, sodass der Verbrennungsmotor 10 nach dem Kaltstart seine Leistung aus allen Brennräumen 12 gewinnt.
  • Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass durch ein erfindungsgemäßes Verfahren die Rußemissionen in der Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors 10 auf einfache und kostengünstige Art und Weise verringert werden können, wobei keine zusätzlichen Bauteile oder sonstigen Änderungen am Verbrennungsmotor 10 notwendig sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Zylinderwand
    16
    Zündkerze
    18
    Kraftstoffeinspritzventil
    20
    Abgasanlage
    22
    Partikelfilter
    24
    Vier-Wege-Katalysator
    26
    Drei-Wege-Katalysator
    28
    NOx-Speicherkatalysator
    30
    Abgasturbolader
    32
    Turbine
    34
    erste Lambdasonde
    36
    zweite Lambdasonde
    38
    Temperatursensor
    40
    Kraftstoffeinspritzsystem
    42
    Kraftstoffpumpe
    44
    Kraftstoffleitung
    46
    Kraftstofftank
    48
    Kraftstofffilter
    50
    Steuergerät
    52
    Signalleitung
    54
    Temperatursensor
    56
    Kraftstoff
    58
    Ansaugtrakt
    60
    Luftversorgungssystem
    62
    Luftfilter
    64
    Luftmassenmesser
    66
    Verdichter
    68
    Drosselklappe
    70
    Zündverteiler
    80
    Kraftfahrzeug
    λE
    Verbrennungsluftverhältnis
    T
    Temperatur
    Tmin
    Mindesttemperatur
    TS
    Schwellentemperatur
    TUMG
    Umgebungstemperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10131937 A1 [0004]
    • DE 102012022153 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Reduzierung der Partikelemissionen eines Verbrennungsmotors (10) bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors (10), umfassend folgende Schritte: - Kaltstart des Verbrennungsmotors (10), wobei in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors (10) mindestens ein Brennraum (12) des Verbrennungsmotors (10) abgeschaltet ist, - Zuschalten des mindestens einen, vorher abgeschalteten Brennraums (12), wenn die Zylinderwand (14) des Brennraums (12) eine definierte Mindesttemperatur (Tmin) erreicht hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgebungstemperatur (TUMG) bestimmt wird, und das Verfahren eingeleitet wird, wenn die Umgebungstemperatur (TUMG) unterhalb einer Schwellentemperatur (TS) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) während des Kaltstarts mit einem im Wesentlichen stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λE = 1) betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hälfte der Brennräume (12) in der Kaltstartphase abgeschaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge an Kraftstoff in den nicht abgeschalteten Brennräumen (12) gegenüber einem gleichartigen Betriebspunkt ohne Zylinderabschaltung erhöht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck des in die nicht abgeschalteten Brennräume (12) eingespritzten Kraftstoffs gegenüber einem gleichartigen Betriebspunkt ohne Zylinderabschaltung erhöht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem definierten Zeitintervall oder einer definierten Anzahl von Verbrennungszyklen beendet wird.
  8. Steuergerät (50) für einen Verbrennungsmotor (10), wobei das Steuergerät (50) derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt wird, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (50) ausgeführt wird.
  9. Kraftfahrzeug (80) mit einem Verbrennungsmotor (10) mit mindestens zwei Brennräumen (12), einem Steuergerät (50) nach Anspruch 8, sowie einer Abgasanlage (20), in der mindestens ein Partikelfilter (22) oder ein Vier-Wege-Katalysator (24) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug (80) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) ein fremdgezündeter Ottomotor und der mindestens eine Partikelfilter (22) ein Ottopartikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator (24) sind.
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