DE102017201292A1 - Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit mindestens einem Brennraum (3) umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:a) Verbrennen von Kraftstoff mit einer ersten Luftmenge in dem mindestens einen Brennraum (3),b) Leiten des Abgases zu mindestens einem Katalysator (8),c) Einleiten einer zusätzlichen Luftmenge über mindestens einen der Brennräume (3) zu dem mindestens einen Katalysator (8), undd) Umsetzen von Schadstoffen im Abgas durch chemische Reaktionen des Abgases zumindest mit der zusätzlichen Luftmenge in dem mindestens einen Katalysator.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
  • Es ist bekannt, Abgas einer Verbrennungskraftmaschine mit Katalysatoren zu reinigen. Dazu wird ausgenutzt, dass durch Katalysatoren chemische Reaktionen gefördert werden können, bei denen Schadstoffe aus dem Abgas in unschädliche Stoffe umgesetzt werden können. Regelmäßig erfordert eine derartige Umsetzung von Kraftstoffen allerdings eine hohe Katalysatortemperatur. Bevor diese Mindesttemperatur erreicht ist, können die entsprechenden chemischen Reaktionen nicht oder nur unzureichend von dem Katalysator katalysiert werden.
  • Insbesondere unmittelbar nach einem Einschalten einer Verbrennungskraftmaschine (Startphase) kann es aufgrund dieser Anforderung zu erhöhten Schadstoffemissionen kommen. Um dem entgegenzuwirken sind Maßnahmen bekannt, die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Bekannte Maßnahmen sorgen allerdings regelmäßig für unangenehme Geräusche und/oder Vibrationen, für einen erhöhten Kraftstoffverbrauch, einen reduzierten Wirkungsgrad und/oder einen unrunden Lauf der Verbrennungskraftmaschine. Auch erfordern viele bekannte Verfahren Katalysatoren mit einer besonders großen Menge an katalytischem Material. Da als katalytische Materialien insbesondere Edelmetalle in Betracht kommen, können derartige Katalysatoren sehr teuer sein, insbesondere wenn derartige Katalysatoren für die Reduzierung der Abgasemissionen in einer Startphase ausgelegt sind.
  • Außerdem wird bei modernen kleinvolumigen Verbrennungskraftmaschinen mit hoher maximaler Leistung gelegentlich zusätzlicher Kraftstoff zur Kühlung von Motorkomponenten eingespritzt. Gelegentlich ist nicht genug Luft verfügbar, um diesen zusätzlichen Kraftstoff zu verbrennen, so dass im Abgas erhöhte Emissionen von Kohlenwasserstoffen entstehen.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiterhin zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es soll insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vorgestellt werden, das eine besonders effiziente und kostengünstige Schadstoffreduzierung ermöglichen kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Brennraum vorgestellt. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Verbrennen von Kraftstoff mit einer ersten Luftmenge in dem mindestens einen Brennraum,
    2. b) Leiten des Abgases zu mindestens einem Katalysator,
    3. c) Einleiten einer zusätzlichen Luftmenge über mindestens einen der Brennräume zu dem mindestens einen Katalysator welche nicht an der Verbrennung in Schritt a) teil nimmt, und
    4. d) Umsetzen von Schadstoffen im Abgas durch chemische Reaktionen des Abgases zumindest mit der zusätzlichen Luftmenge in dem mindestens einen Katalysator.
  • Bei der Verbrennungskraftmaschine ist bevorzugt eine Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. In den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine wird Kraftstoff mit Luft verbrannt. Bei den Brennräumen handelt es sich bevorzugt um Zylinder.
  • Die erste Luftmenge wird zur Verbrennung des Kraftstoffs verwendet. Das bedeutet, dass der Sauerstoff in der ersten Luftmenge zusammen mit dem Kraftstoff verbrennt.
  • Dazu wird die erste Luftmenge über eine Ansaugleitung in die Brennräume eingeleitet und (vor oder nach dem Einleiten) mit dem Kraftstoff vermischt. Das Gemisch von Kraftstoff und Luft kann beispielsweise durch einen Funken (z. B. beim Ottomotor) oder durch Druck- und/oder Temperaturänderung (z. B. beim Dieselmotor) gezündet werden.
  • Das bei einer derartigen Verbrennung entstehende Abgas enthält regelmäßig Schadstoffe. Beispielsweise kann es sich dabei um Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Stickoxide (NO, NO2, NOx) handeln. Derartige Schadstoffe sind umweltschädlich. Daher ist es Ziel einer Abgasreinigung solche Schadstoffe aus dem Abgas zu entfernen, bevor das Abgas in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben wird.
  • Eine derartige Reinigung des Abgases kann insbesondere durch einen Katalysator erreicht werden, in dem die Schadstoffe in andere, weniger oder gar nicht schädliche Stoffe umgesetzt werden. Der Katalysator fördert chemische Reaktionen, die zu diesem Zweck stattfinden. Dazu wird gemäß Schritt b) das Abgas zu dem mindestens einen Katalysator geleitet. Bevorzugt ist dabei, dass das gesamte Abgas den Katalysator passiert, so dass kein ungereinigtes Abgas in die Umgebung gelangt.
  • Für die Verbrennung von Kraftstoff in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine kann bevorzugt ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft eingestellt werden. Der sogenannte Lambda-Wert ist ein Maß für dieses Verhältnis. Ist der Lambda-Wert gleich eins, so erfolgt (zumindest theoretisch, bei vollständiger und gleichmäßiger Vermischung von Kraftstoff und Luft) eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs. Bei einem Lambda-Wert unter „1“ herrscht Kraftstoffüberschuss. Das bedeutet, dass der Kraftstoff nicht vollständig verbrannt werden kann. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann bei einem Lambda-Wert unter „1“ auch als fett bezeichnet werden. Bei einem Lambda-Wert über „1“ herrscht Kraftstoffmangel. Das bedeutet, dass ein Teil des Sauerstoffs ungenutzt bleibt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann bei einem Lambda-Wert über „1“ auch als mager bezeichnet werden.
  • Ein (leicht) fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch kann beispielsweise eine erhöhte Leistung der Verbrennungskraftmaschine bewirken. Auch kann durch den höheren Kraftstoffanteil eines derartigen Gemisches eine Kühlung von besonders temperaturempfindlichen Bauteilen, wie zum Beispiel von Ventilen, erreicht werden. Bei einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch ist der Schadstoffausstoß allerdings vergrößert. Das liegt zum einen daran, dass bei einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch Schadstoffe (insbesondere CO und HC) bereits in erhöhter Konzentration gebildet werden. Zum anderen liegt dies daran, dass die gebildeten Schadstoffe nicht optimal im Katalysator umgesetzt werden können, weil für die katalystischen Reaktionen Sauerstoff fehlt.
  • Für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ist also in einigen Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine ein (leicht) fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch bevorzugt, während für die Abgasreinigung ein stöchiometrisches Gemisch bevorzugt ist.
  • Das beschriebene Verfahren kann dazu beitragen, eine Verbrennung eines (leicht) fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einer optimalen Schadstoffkonvertierung zu ermöglichen. Insbesondere dazu wird gemäß Schritt c) die zusätzliche Luftmenge in den Katalysator eingeleitet. Der in der zusätzlichen Luftmenge enthaltene Sauerstoff kann im Katalysator dazu beitragen, dass jedenfalls dort ein stöchiometrisches Verhältnis vorliegt (also insbesondere ausreichend Sauerstoff für die Umsetzung der Schadstoffe zur Verfügung steht) während bei der Verbrennung in dem mindestens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ein fettes Gemisch vorliegt.
  • Bei der zusätzlichen Luftmenge handelt es sich bevorzugt um Luft, die nicht in direktem Kontakt mit einer Verbrennung in die Verbrennungskraftmaschine gelangt. Das bedeutet insbesondere, dass die zusätzliche Luftmenge räumlich und/oder zeitlich getrennt von der verbrannten ersten Luftmenge geführt wird.
  • Das Einleiten der zusätzlichen Luftmenge in den Katalysator erfolgt gemäß Schritt c) über mindestens einen der Brennräume der Verbrennungskraftmaschine. Das bedeutet, dass die zusätzliche Luftmenge, bevorzugt stromaufwärts der Brennräume, in eine Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird. Die zusätzliche Luftmenge wird bevorzugt durch mindestens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durchgeleitet. Dies geschieht dann zu einem Zeitpunkt bzw. in einem Zeitraum in welchem keine Verbrennung in dem betroffenen Brennraum stattfindet. Durch die zusätzliche Luftmenge wird bevorzugt ein höherer Sauerstoffgehalt im Katalysator erreicht, ohne dass bei der Verbrennung mehr Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden muss (so dass ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegen kann). Dazu wird die zusätzliche Luftmenge bevorzugt durch den mindestens einen Brennraum geleitet, ohne dass die zusätzliche Luftmenge an einer Verbrennung in dem Brennraum beteiligt ist.
  • Alternativ zur Durchleitung der zusätzlichen Luftmenge durch mindestens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine wäre es auch möglich, eine solche zusätzliche Luftmenge über einen Leitungsabzweig direkt in den Katalysator bzw. in eine Abgasanlage mit dem Katalysator einzuleiten. Das Einleiten der zusätzlichen Luftmenge stromaufwärts des mindestens einen Brennraums mit der anschließenden Durchleitung kann die zur Bereitstellung der zusätzlichen Luftmenge notwendige Konstruktion aber erheblich vereinfachen. Stromaufwärts der Brennräume liegen regelmäßig weit niedrigere Temperaturen vor als stromabwärts etwa in einer Abgasanlage bzw. an dem Katalysator. Damit können stromaufwärts der Brennräume wesentlich günstigere Materialien etwa für Leitungen, Ventile und/oder Kopplungen von Leitungen verwendet werden. Diese Materialien müssen nicht den besonders hohen Temperaturen des Abgases standhalten können. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, die zusätzliche Luftmenge stromaufwärts des mindestens einen Brennraums einzuleiten und durch den mindestens einen Brennraum durchzuleiten.
  • Die zusätzliche Luftmenge wird bevorzugt über die (übliche) Ansaugleitung bereitgestellt, über die auch die erste Luftmenge in den mindestens einen Brennraum eingeleitet werden kann. Damit werden keine zusätzlichen Luftleitungen benötigt. Alternativ ist es aber auch bevorzugt, dass die zusätzliche Luftmenge über eine eigene Luftleitung bereitgestellt wird, welche separat (getrennt von der üblichen Ansaugleitung) Umgebungsluft ansaugen kann.
  • Um die zusätzliche Luftmenge durch den mindestens einen Brennraum zu leiten, ohne dass die zusätzliche Luftmenge an einer Verbrennung beteiligt ist, kann beispielsweise eine Kraftstoffzufuhr für den mindestens einen Brennraum (zeitweise) ausgeschaltet werden. In dem Fall würde Luft (als die zusätzliche Luftmenge) durch den Brennraum gelangen und dabei nicht an einer Verbrennung beteiligt sein. Ein derartiges Abschalten der Kraftstoffzufuhr kann auch als Zylinderabschaltung bezeichnet werden. Insbesondere in einer Niedriglastphase kann eine Zylinderabschaltung insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit beispielsweise acht oder zwölf Zylindern zur Einsparung von Kraftstoff und Schadstoffemissionen beitragen.
  • Alternativ ist in einer Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, dass das Einleiten der zusätzlichen Luftmenge in den mindestens einen Katalysator in Schritt c) zumindest für die Dauer einer Phase erfolgt, in der bei mindestens einem der Brennräume ein jeweiliges Einlassventil und ein jeweiliges Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind. Solche Phasen können im Betrieb der Ventile eines Brennraums einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein. Bevorzugt ist zur Einleitung einer zusätzlichen Luftmenge eine Fördervorrichtung vorgesehen, mit welcher die zusätzliche Luftmenge in solchen Phasen zielgerichtet durch den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gefördert werden kann.
  • In dieser Ausführungsform kann die zusätzliche Luftmenge bevorzugt in den Katalysator eingeleitet werden, ohne dass ein Zylinder abgeschaltet werden muss. Daher kann das beschriebene Verfahren in dieser Ausführungsform auch bei Volllast oder zumindest bei mittlerer Last angewendet werden.
  • Es ist bevorzugt, dass jeder der Brennräume jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist. Die Einlassventile und die Auslassventile können beispielsweise über eine Nockenwelle geöffnet und geschlossen werden. Das Öffnen und Schließen der Ventile erfolgt bevorzugt gemäß einem Taktbetrieb der Verbrennungskraftmaschine. Bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine im Viertakt-Betrieb betrieben (bzw. handelt es sich bevorzugt bei der Verbrennungskraftmaschine bevorzugt um einen Viertaktmotor). In einem Ansaugtakt wird bei geöffnetem Einlassventil Luft in den Brennraum eingeleitet und (vor oder nach dem Einleiten) mit Kraftstoff vermischt. In einem folgenden Verdichtungstakt wird bei geschlossenen Ventilen das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet. In einem folgenden Arbeitstakt wird bei geschlossenen Ventilen durch eine Explosion des Kraftstoff-Luft-Gemisches beispielsweise ein Kolben angetrieben. Anschließend folgt ein Ausstoßtakt, in dem bei geöffnetem Auslassventil das Abgas aus dem Brennraum herausgeleitet wird. Nach dem Ausstoßtakt folgt ein erneuter Ansaugtakt.
  • Die Phase, in der bei mindestens einem der Brennräume ein jeweiliges Einlassventil und ein jeweiliges Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind, liegt bevorzugt zwischen dem Ausstoßtakt und dem Ansaugtakt. Wird das Auslassventil nach dem Ende des Ausstoßtaktes geschlossen und/oder wird das Einlassventil vor Beginn des Ansaugtaktes geöffnet, so sind beide Ventile gleichzeitig geöffnet. In dieser Phase kann Luft (als die zusätzliche Luftmenge) aus der Ansaugleitung durch das Einlassventil in den Brennraum einströmen, durch das Auslassventil unmittelbar wieder aus dem Brennraum heraus strömen und so in den Katalysator gelangen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens läuft in Schritt d) zur Umsetzung der Schadstoffe im Abgas mindestens eine exotherme chemische Reaktion ab, die mit einem Katalysatormaterial (insbesondere einer katalytisch wirksamen Beschichtung) des mindestens einen Katalysators katalysiert.
  • Für eine optimale Umsetzung der Schadstoffe in dem Katalysator kann es erforderlich sein, dass der Katalysator eine Mindesttemperatur aufweist, welche je nach Katalysatormaterial und je nach chemischer Reaktion zur Umsetzung von Schadstoffen unterschiedlich hoch sein kann. Um Schadstoffemissionen möglichst gering zu halten, ist es wünschenswert, die erforderliche Mindesttemperatur möglichst schnell nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen. In dieser Ausführungsform können die ablaufenden, exothermen chemischen Reaktionen zur Aufwärmung des Katalysators beitragen. Unter einer exothermen chemischen Reaktion ist eine chemische Reaktion zu verstehen, die unter Freisetzung von Energie abläuft. Solche chemischen Reaktionen am Katalysator können durch das hier beschriebene Verfahren gezielt gefördert werden. Eine Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine kann unter fetten Bedingungen (mit Lambda kleiner als 1) stattfinden. Dem Abgas wird eine zusätzliche Luftmenge zugeführt, um eine exotherme Reaktion mit den verbliebenen Kohlenwasserstoffen aus der ersten Luftmenge an einem Katalysator hervorzurufen. Durch das beschriebene Verfahren kann insbesondere eine besonders geringe Menge an Katalysatormaterial in dem Katalysator vorgesehen werden. Weil als Katalysatormaterial insbesondere teure Edelmetalle in Betracht kommen, können so Kosten eingespart werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einer Temperatur des mindestens einen Katalysators geregelt.
  • Die Temperatur des Katalysators wird bevorzugt mit einem Temperatursensor in oder an dem Katalysator bestimmt. Auch kann die Temperatur des Katalysators aus einer Abgastemperatur vor und/oder nach dem Katalysator berechnet werden. Die Regelung des Massenstroms der zusätzlichen Luftmenge erfolgt bevorzugt über ein (automatisches) Ventil der Luftleitung, über die die zusätzliche Luftmenge bevorzugt in die Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet werden kann. Die Regelung erfolgt bevorzugt in einer Steuereinheit, die zumindest mit dem Ventil verbunden ist.
  • Bevorzugt wird der Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge derart geregelt, dass die Temperatur des Katalysators soweit wie möglich oberhalb der Mindesttemperatur (die für eine Umsetzung der Schadstoffe erforderlich ist), jedoch unterhalb einer Höchsttemperatur liegt. Die Höchsttemperatur ist bevorzugt derart gewählt, dass Alterungserscheinungen des Katalysators aufgrund von thermischer Belastung zumindest weitgehend vermieden werden. Beispielsweise kann der Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge derart geregelt werden, dass die Temperatur des Katalysators innerhalb eines Bereichs von 300 °C bis 1000 °C, insbesondere in einem Bereich von 400 °C bis 800 °C, liegt. Je größer der Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge ist, umso eher können in dem Katalysator exotherme chemische Reaktionen ablaufen. Liegt die Temperatur des Katalysators also unterhalb der Konvertierungstemperatur, wird der Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge bevorzugt erhöht. Ist die Temperatur des Katalysators aber bereits oberhalb der Höchsttemperatur, wird die Zufuhr der zusätzlichen Luftmenge bevorzugt gestoppt, so dass die exothermen chemischen Reaktionen zumindest nicht weiter gefördert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine geregelt.
  • Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (d.h. der Lambda-Wert) wird bevorzugt über eine oder mehrere Lambda-Sonden gemessen, die wie das (automatische) Ventil zur Einstellung des Massenstroms der zusätzlichen Luftmenge an die Steuereinheit angeschlossen sind.
  • Bevorzugt liegt im Katalysator ein stöchiometrisches Gemisch vor. Das erfordert insbesondere einen bestimmten Sauerstoffgehalt. Je nach Lambda-Wert der Verbrennung liegt in dem Abgas (das bei einer Verbrennung mit der ersten Luftmenge gebildet wird) bereits ein Restsauerstoffgehalt vor. Der Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge wird bevorzugt derart eingestellt, dass der Sauerstoff aus der zusätzlichen Luftmenge zusammen mit dem (Rest-)Sauerstoff aus dem Abgas die erforderliche Sauerstoffmenge ergibt, die für die gewünschten chemischen Reaktionen zur Umsetzung der Schadstoffe im Abgas geeignet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einem Schadstoffanteil des Abgases stromabwärts des mindestens einen Katalysators geregelt.
  • Als Schadstoffe kommen hier insbesondere Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Stickoxide (NO, NO2, NOx) in Betracht. Die jeweiligen Anteile dieser Schadstoffe können beispielsweise mit einem entsprechenden Schadstoffsensor stromabwärts des mindestens einen Katalysators gemessen oder modelliert werden. Auch die Schadstoffsensoren sind bevorzugt an die Steuereinheit angeschlossen. Zur Überwachung der Stickoxide können insbesondere ein Stickstoffoxidsensor oder ein Verfahren zur Modellierung eingesetzt werden.
  • In dieser Ausführungsform wird bevorzugt aus den verbleibenden Schadstoffmengen (bzw. Schadstoffanteilen) in Abgasströmungsrichtung hinter dem Katalysator bestimmt, ob im Katalysator ein stöchiometrisches Gemisch vorlag oder nicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zusätzliche Luftmenge vor dem Einleiten in den mindestens einen Katalysator verdichtet.
  • Durch Verdichtung der zusätzlichen Luftmenge kann deren Massenstrom über einen besonders großen Bereich eingestellt werden. Insbesondere kann aufgrund der Verdichtung ein besonders großer Massenstrom erreicht werden, der in kurzer Zeit durch den mindestens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gefördert wird. Das kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die zusätzliche Luftmenge in einer Phase durch die Brennräume geleitet wird, in der bei mindestens einem der Brennräume ein jeweiliges Einlassventil und ein jeweiliges Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind. In dem Fall kann durch die Verdichtung der zusätzlichen Luftmenge die entsprechende Phase besonders kurz gehalten werden, so dass der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (durch eine besonders lange Dauer dieser Phase) nicht nachteilig beeinflusst wird.
  • Die Verdichtung der Luft erfolgt bevorzugt mittels einer hierfür eingerichteten Fördervorrichtung, welche insbesondere ein elektrischer und/oder mechanischer Kompressor oder ein Gebläse ist. Alternativ ist aber auch bevorzugt, dass die Verdichtung mittels eines Turboladers erfolgt. Insbesondere kann die zusätzliche Luftmenge von einer ansonsten für eine Verbrennung verdichteten Luftmenge abgezweigt werden.
  • Besonders bevorzugt ist das Verfahren, wenn die Verbrennungskraftmaschine mindestens zwei Brennräume aufweist und die Schritte a) und b) zumindest teilweise parallel zueinander in verschiedenen Brennräumen stattfinden.
  • Die Erfindung findet insbesondere Einsatz in einem Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, die zum Betrieb des beschriebenen Verfahrens zum Reinigen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine bestimmt und eingerichtet ist.
  • Die weiter vorne für das Verfahren beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das beschriebene Kraftfahrzeug anwendbar und übertragbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug weiterhin mindestens eine Luftleitung zum Einleiten der zusätzlichen Luftmenge in den mindestens einen Katalysator auf, wobei die mindestens eine Luftleitung in eine Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine einmündet.
  • Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, das für das beschriebene Verfahren bestimmt und eingerichtet ist.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 umfassend eine Verbrennungskraftmaschine 2. Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist vier Zylinder als Brennräume 3 auf. Jeder Brennraum 3 weist ein jeweiliges Einlassventil 4 und ein jeweiliges Auslassventil 5 auf. Über eine Ansaugleitung 6 kann insbesondere eine erste Luftmenge durch die Einlassventile 4 in die Brennräume 3 geleitet werden. In den Brennräumen 3 kann die erste Luftmenge mit Kraftstoff verbrannt werden. Dabei entstehendes Abgas kann über eine Abgasleitung 7 in einen Katalysator 8 und von dort in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 geleitet werden. In dem Katalysator 8 können Schadstoffe aus dem Abgas durch chemische Reaktionen des Abgases zumindest mit der zusätzlichen Luftmenge umgesetzt werden. Dabei kann zur Umsetzung der Schadstoffe zumindest eine exotherme Reaktion ablaufen, die mit einem Katalysatormaterial des Katalysators 8 katalysiert wird.
  • Das Kraftfahrzeug 1 weist weiterhin eine Luftleitung 9 zum Einleiten einer zusätzlichen Luftmenge in den Katalysator 8 auf. Die Luftleitung 9 mündet in die Ansaugleitung 6 ein. Damit kann die zusätzliche Luftmenge über die Brennräume 3 zu dem Katalysator 8 geleitet werden. Das kann dadurch erfolgen, dass die zusätzliche Luftmenge für die Dauer einer Phase durch die Brennräume 3 geleitet wird, in der bei mindestens einem der Brennräume 3 das jeweilige Einlassventil 4 und das jeweilige Auslassventil 5 gleichzeitig geöffnet sind.
  • In die Luftleitung 9 ist eine Verdichtungsvorrichtung 10 integriert. Mit der Verdichtungsvorrichtung 10 kann ein besonders großer Massenstrom der zusätzlichen Luftmenge erreicht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Brennraum
    4
    Einlassventil
    5
    Auslassventil
    6
    Ansaugleitung
    7
    Abgasleitung
    8
    Katalysator
    9
    Luftleitung
    10
    Verdichtungsvorrichtung

Claims (9)

  1. Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (2) mit mindestens einem Brennraum (3) umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: a) Verbrennen von Kraftstoff mit einer ersten Luftmenge in dem mindestens einen Brennraum (3), b) Leiten des Abgases zu mindestens einem Katalysator (8), c) Einleiten einer zusätzlichen Luftmenge über mindestens einen der Brennräume (3) zu dem mindestens einen Katalysator (8), welche nicht an der Verbrennung in Schritt a) teilnimmt und d) Umsetzen von Schadstoffen im Abgas durch chemische Reaktionen des Abgases zumindest mit der zusätzlichen Luftmenge in dem mindestens einen Katalysator (8).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einleiten der zusätzlichen Luftmenge in den mindestens einen Katalysator (8) in Schritt c) zumindest für die Dauer einer Phase erfolgt, in der bei mindestens einem der Brennräume (3) ein jeweiliges Einlassventil (4) und ein jeweiliges Auslassventil (5) gleichzeitig geöffnet sind.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator (8) eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einer Temperatur des mindestens einen Katalysators (8) geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator (8) eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine (2) geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Massenstrom der in Schritt c) in den mindestens einen Katalysator (8) eingeleiteten zusätzlichen Luftmenge zumindest in Abhängigkeit von einem Schadstoffanteil des Abgases stromabwärts des mindestens einen Katalysators (8) geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Luftmenge vor dem Einleiten in den mindestens einen Katalysator (8) verdichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) mindestens zwei Brennräume (3) aufweist und die Schritte a) und b) zumindest teilweise parallel zueinander in verschiedenen Brennräumen (3) stattfinden.
  8. Kraftfahrzeug (1) umfassend zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (2), die zum Betrieb eines Verfahrens zum Reinigen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt und eingerichtet ist.
  9. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 8 weiterhin aufweisend mindestens eine Luftleitung (9) zum Einleiten der zusätzlicher Luftmenge in den mindestens einen Katalysator (8), wobei die mindestens eine Luftleitung (9) in eine Ansaugleitung (6) der Verbrennungskraftmaschine (2) einmündet.
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