DE102017210749A1 - Method for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen Brennraum (2), einen von Abgas aus dem Brennraum (2) durchströmbaren Abgastrakt (9) und wenigstens eine in dem Abgastrakt (9) angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung (10) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) in einem Heizbetrieb (Schritt S2') zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung (10), wobei gegenüber einem dem Heizbetrieb (Schritt S2') vorweggehenden Normalbetrieb (Schritt S1') bei gleicher Momentenanforderung an die Verbrennungskraftmaschine (1) deren Zündzeitpunkt nach spät verstellt und mittels eines elektrischen Verdichters (15) eine höhere Luftmasse in den Brennraum (2) gefördert wird (Schritt S2').The invention relates to a method for operating an at least one combustion chamber (2), an exhaust tract (9) through which exhaust gas can flow from the combustion chamber (2) and at least one internal combustion engine (1) having an exhaust gas aftertreatment device (10) arranged in the exhaust tract (9) Heating operation (step S2 ') for heating the exhaust aftertreatment device (10), with respect to a heating operation (step S2') beforehand normal operation (step S1 ') at the same torque request to the internal combustion engine (1) whose ignition retarded and adjusted by means of an electric compressor (15) a higher air mass in the combustion chamber (2) is promoted (step S2 ').
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem jeweiligen Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise
Die
Des Weiteren offenbart die
Außerdem ist aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft aufgeheizt werden kann.Object of the present invention is to develop a method and an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly advantageous.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1, by a method having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in einem Heizbetrieb zum gezielten Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst dabei wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, einen von Abgas aus dem Brennraum durchströmbaren Abgastrakt und die Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche in dem Abgastrakt angeordnet und demzufolge von dem Abgas durchströmbar ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung wird insbesondere genutzt, um das Abgas aus dem Brennraum nachzubehandeln und somit beispielsweise zu reinigen.A first aspect of the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, in a heating mode for the targeted heating of an exhaust gas aftertreatment device. In this case, the internal combustion engine comprises at least one combustion chamber formed, for example, as a cylinder, an exhaust tract through which exhaust gas can flow from the combustion chamber, and the exhaust gas aftertreatment device, which is arranged in the exhaust tract and can therefore be flowed through by the exhaust gas. The exhaust aftertreatment device is used in particular to post-treat the exhaust gas from the combustion chamber and thus to clean it, for example.
Um nun die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft, insbesondere besonders schnell und dabei besonders kostengünstig aufheizen und dabei einen besonders vorteilhaften Lauf der Verbrennungskraftmaschine gewährleisten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass gegenüber einem dem Heizbetrieb zeitlich vorweggehenden Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bei gleicher Momentenanforderung an die Verbrennungskraftmaschine deren Zündzeitpunkt nach spät verstellt und mittels eines elektrischen Verdichters eine höhere Luftmasse in den Brennraum gefördert wird.In order to heat the exhaust aftertreatment device particularly advantageous, especially particularly fast and thereby particularly cost-effective and thereby to ensure a particularly advantageous running of the internal combustion engine, it is inventively provided that compared to a heating operation temporally anticipated normal operation of the internal combustion engine at the same torque request to the internal combustion engine whose ignition retarded and promoted by means of an electric compressor, a higher air mass in the combustion chamber.
Unter der Momentenanforderung ist beispielsweise zu verstehen, dass ein Nutzer der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Bedienelements eine Last und somit ein Drehmoment anfordert, die beziehungsweise das von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen ist. Hierzu betätigt beziehungsweise bedient der Nutzer das Bedienelement. Bei dem Nutzer handelt es sich beispielsweise um den Fahrer des Kraftfahrzeugs, welches mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestattet und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Bei dem Bedienelement handelt es sich dann beispielsweise um ein Pedal, welches auch als Fahrpedal bezeichnet wird und von dem Fahrer in unterschiedliche Stellungen bewegbar ist. Die jeweilige Stellung korrespondiert mit einem jeweiligen, von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen Drehmoment. Das jeweilige Drehmoment wird beispielsweise von der Verbrennungskraftmaschine derart bereitgestellt, dass die Verbrennungskraftmaschine das angeforderte Drehmoment über eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle bereitstellt und somit abgibt. Mittels des von der Verbrennungskraftmaschine über die Abtriebswelle bereitgestellten Drehmoments kann dann das Kraftfahrzeug angetrieben werden.For example, the torque request means that a user of the internal combustion engine requests a load, and thus a torque, which is to be provided by the internal combustion engine by means of an operating element. For this purpose, the user actuates or operates the operating element. The user is, for example, the driver of the motor vehicle, which is equipped with the internal combustion engine and can be driven by means of the internal combustion engine. The control element is then, for example, a pedal, which is also referred to as an accelerator pedal and is movable by the driver in different positions. The respective position corresponds to a respective torque to be provided by the internal combustion engine. The respective torque is provided for example by the internal combustion engine such that the internal combustion engine provides the requested torque via an output shaft designed, for example, as a crankshaft, and thus delivers it. By means of the provided by the internal combustion engine via the output shaft torque then the motor vehicle can be driven.
Zum Bereitstellen des Drehmoments, das heißt zum Befriedigen der Momentenanforderung wird beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine von einer elektrischen Recheneinrichtung, welche auch als Steuergerät oder Motorsteuergerät oder Motorsteuerung bezeichnet wird, entsprechend angesteuert, insbesondere gesteuert oder geregelt. Mit anderen Worten wird beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine mittels der elektronischen Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der von dem Nutzer bewirkten Bedienung beziehungsweise Betätigung des Bedienelements derart betrieben, insbesondere gesteuert oder geregelt, dass das durch den Nutzer durch Bedienen beziehungsweise Betätigen des Bedienelements angeforderte Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere über die Abtriebswelle, bereitgestellt wird. To provide the torque, that is to satisfy the torque request, for example, the internal combustion engine of an electrical computing device, which is also referred to as a control unit or engine control unit or engine control, driven accordingly, in particular controlled or regulated. In other words, for example, the internal combustion engine is operated by means of the electronic computing device depending on the operation effected by the user or actuation of the operating element, in particular controlled or regulated, that requested by the user by operating or operating the control element torque of the internal combustion engine, in particular via the output shaft is provided.
In dem Normalbetrieb wird beispielsweise eine erste Menge an Luft in den Brennraum eingebracht, insbesondere mittels des Verdichters, wobei die erste Menge zum Bereitstellen des angeforderten Drehmoments, das heißt zum Befriedigen der Momentenanforderung erforderlich ist. In dem Heizbetrieb jedoch wird beispielsweise eine gegenüber der ersten Menge größere zweite Menge an Luft in den Brennraum eingebracht, sodass in dem Heizbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb eine höhere Menge an Luft in den Brennraum eingebracht wird als zum Befriedigen der aktuellen Momentenanforderung eigentlich benötigt würde. Durch diese gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Luftmenge in dem Heizbetrieb würde die Verbrennungskraftmaschine trotz gleicher Momentenanforderung, das heißt trotz des Umstands, dass in dem Normalbetrieb und in dem Heizbetrieb die gleiche Momentenanforderung an die Verbrennungskraftmaschine gestellt wird, ein höheres Drehmoment bereitstellen. Um dies zu verhindern, wird der Zündzeitpunkt, insbesondere der Zündwinkel, nach spät verstellt, sodass trotz der größeren Luftmenge die Verbrennungskraftmaschine in dem Heizbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb kein höheres Drehmoment bereitstellt. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Drehmoment durch den späteren Zündzeitpunkt abgeregelt wird. In der Folge kann eine besonders hohe Temperatur des Abgases, insbesondere in dem Abgastrakt, realisiert werden, wodurch die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden kann.In normal operation, for example, a first amount of air is introduced into the combustion chamber, in particular by means of the compressor, wherein the first amount for providing the requested torque, that is, for satisfying the torque request is required. In the heating mode, however, for example, a second quantity of air, which is greater than the first quantity, is introduced into the combustion chamber, so that a higher amount of air is introduced into the combustion chamber in the heating operation compared with normal operation than would actually be required to satisfy the current torque requirement. By virtue of this increased amount of air compared to normal operation in the heating mode, the internal combustion engine would provide a higher torque despite the same torque requirement, that is to say despite the fact that the same torque requirement is placed on the internal combustion engine during normal operation and during heating operation. To prevent this, the ignition timing, in particular the ignition angle, retarded, so that despite the larger amount of air, the internal combustion engine in the heating mode compared to the normal operation provides no higher torque. This means, for example, that the torque is limited by the later ignition. As a result, a particularly high temperature of the exhaust gas, in particular in the exhaust gas tract, can be realized, as a result of which the exhaust gas aftertreatment device can be heated up particularly quickly.
Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung und beispielsweise mit Benzin-Direkteinspritzung, wobei eine solche Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Ottomotor ausgebildet ist, existieren prinzipiell zwei Möglichkeiten, eine besonders hohe Abgastemperatur einzustellen, ohne zusätzliche Komponenten verbauen zu müssen. Eine erste der Möglichkeiten ist ein später Zündzeitpunkt, um gezielt einen schlechten Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine einzustellen. Hierbei kann beispielsweise das gezündete Gemisch stöchiometrisch oder leicht mager sein. Das Verstellen des Zündzeitpunkts nach spät geht jedoch mit einer ansteigenden Laufunruhe oder Verbrennungskraftmaschine einher, sodass beispielsweise bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit homogenem Gemisch die Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät begrenzt ist. Bei tiefen Temperaturen der Abgasnachbehandlungseinrichtung können die Emissionen durch ein leicht mageres Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise Gemisch verbessert werden, da die Abgasnachbehandlungseinrichtung die erforderlichen Konvertierungsbedingungen erreicht. Eine Abmagerung bei kalter Verbrennungskraftmaschine ist aber nur eingeschränkt möglich.The invention is based in particular on the following knowledge: For internal combustion engines, in particular with direct fuel injection and, for example, gasoline direct injection, such an internal combustion engine being designed, for example, as a gasoline engine, there are in principle two possibilities for setting a particularly high exhaust gas temperature without having to install additional components , A first of the possibilities is a late ignition point in order to specifically set a poor efficiency of the internal combustion engine. Here, for example, the ignited mixture may be stoichiometric or slightly lean. However, the adjustment of the ignition timing late is accompanied by an increasing uneven running or internal combustion engine, so that, for example, in an operation of the internal combustion engine with a homogeneous mixture, the adjustment of the ignition timing is limited to late. At low temperatures of the exhaust aftertreatment device, the emissions can be improved by a slightly lean combustion air ratio or mixture, since the exhaust aftertreatment device reaches the required conversion conditions. An emaciation at cold internal combustion engine is only possible to a limited extent.
Die zweite Möglichkeit ist, Kraftstoff zusätzlich nach erfolgter Zündung in den Brennraum einzubringen, insbesondere direkt einzuspritzen, um eine Nachverbrennung, insbesondere im Abgastrakt, zu bewirken. Üblicherweise ist das gezündete Gemisch dabei sehr mager, wobei die Verbrennungskraftmaschine üblicherweise in einem Schichtbetrieb betrieben wird, und aufgrund einer Ladungsschichtung ist das Gemisch noch zündfähig. Bei einer solchen Nacheinspritzung jedoch sollte das Durchbrennen der zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmasse gewährleistet werden.The second possibility is to additionally introduce fuel into the combustion chamber after ignition has taken place, in particular to inject it directly in order to effect afterburning, in particular in the exhaust gas tract. Usually, the ignited mixture is very lean, the internal combustion engine is usually operated in a shift operation, and due to a charge stratification, the mixture is still flammable. In such a post-injection, however, the burn-through of the additionally injected fuel mass should be ensured.
Ferner ist eine sogenannte Sekundärlufteinblasung denkbar, in deren Rahmen mittels einer externen, das heißt von der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlichen und zusätzlich dazu vorgesehenen Pumpe Luft in den Abgastrakt, insbesondere direkt, eingeblasen wird. Hierzu ist wenigstens ein oder mehrere Kanäle vorgesehen, über welche die Pumpe Luft als sogenannte Sekundärluft in den Abgastrakt einbläst. Die Sekundärluft wird insbesondere in einen Abgaskrümmer eingeleitet. Durch Einstellen eines fetten Brennraumgemisches kann es im Abgastrakt, welcher auch als Abgasstrang bezeichnet wird, zu einer Nachverbrennung kommen, jedoch sind zur Realisierung der Sekundärlufteinblasung zusätzliche Komponenten in Form der genannten Kanäle und der externen Pumpe erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, zusätzliche Komponenten vermeiden zu können, wodurch das Gewicht, die Teileanzahl, die Kosten und der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise einer die Verbrennungskraftmaschine umfassenden Antriebseinrichtung besonders gering gehalten werden können. Gleichzeitig kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden, um möglichst schnell eine hinreichende Konvertierung von gasförmigen Abgaskomponenten gewährleisten zu können. Ferner kann durch die Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät und die Erhöhung der Luftmasse, die im Vergleich zu dem Normalbetrieb während des Heizbetriebs in den Brennraum mittels des Verdichters gefördert wird, eine besonders hohe Abgastemperatur realisiert werden, wobei gleichzeitig eine übermäßige Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden kann.Further, a so-called secondary air injection is conceivable, in the context of which by means of an external, that is different from the internal combustion engine and additionally provided pump air into the exhaust system, in particular directly, is blown. For this purpose, at least one or more channels is provided, via which the pump blows air as so-called secondary air into the exhaust system. The secondary air is introduced in particular into an exhaust manifold. By setting a rich combustion chamber mixture, there may be an afterburner in the exhaust tract, which is also referred to as the exhaust line, however, to realize the secondary air injection additional components in the form of said channels and the external pump are required. By means of the method according to the invention, it is now possible to avoid additional components, whereby the weight, the number of parts, the cost and the space requirement of the internal combustion engine or a drive device comprising the internal combustion engine can be kept particularly low. At the same time, the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly quickly in order to be able to ensure a sufficient conversion of gaseous exhaust gas components as quickly as possible. Furthermore, by adjusting the ignition timing to late and increasing the air mass in the Compared to the normal operation is promoted during the heating operation in the combustion chamber by means of the compressor, a particularly high exhaust gas temperature can be realized, at the same time excessive running noise of the internal combustion engine can be avoided.
Dies ist insbesondere durch die Verwendung des elektrischen Verdichters möglich, dessen Verdichterrad zum Verdichten und Fördern der Luft mittels einer elektrischen Maschine angetrieben wird. Hierdurch kann der Verdichter beziehungsweise dessen Verdichterrad zumindest im Wesentlichen unabhängig von einem zur Verfügung stehenden Massenstrom des Abgases betrieben werden, sodass auch dann besonders hohe Luftmengen in den Brennraum gefördert werden können, wenn ein nur geringer Abgasmassenstrom zur Verfügung steht, mittels welchem beispielsweise eine Turbine eines Abgasturboladers nur unzureichend angetrieben werden könnte. Da mittels des elektrischen Verdichters, welcher auch als elektrischer Lader oder E-Lader bezeichnet wird, die Luft über den ohnehin vorhandenen Ansaugtrakt, welcher auch Antriebssystem bezeichnet wird, in den Brennraum gefördert wird, können zusätzliche Komponenten wie Kanäle und externe Pumpen vermieden werden. Der elektrische Verdichter ist dabei eine ohnehin zum Einsatz kommende Komponente, mittels welcher beispielsweise während des Normalbetriebs die dem Brennraum zuzuführende Luft verdichtet wird, um dadurch ein besonders vorteilhaftes Ansprechverhalten realisieren zu können. Dadurch kann ein besonders schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung ohne kostenintensive Zusatztechnik realisiert werden.This is possible, in particular, through the use of the electric compressor, whose compressor wheel is driven for compressing and conveying the air by means of an electric machine. As a result, the compressor or its compressor wheel can be operated at least substantially independently of an available mass flow of the exhaust gas, so that particularly high amounts of air can be conveyed into the combustion chamber, if only a small exhaust gas mass flow is available, by means of which, for example, a turbine of Exhaust gas turbocharger could be driven only insufficiently. Since the air is conveyed into the combustion chamber via the already existing intake tract, which is also called the drive system, by means of the electric compressor, which is also referred to as an electric charger or e-charger, additional components such as channels and external pumps can be avoided. The electric compressor is an already used component, by means of which, for example, during normal operation, the air to be supplied to the combustion chamber is compressed in order to realize a particularly advantageous response can. This allows a particularly rapid heating of the exhaust aftertreatment device can be realized without costly additional technology.
Außerdem kann beispielsweise eine Edelmetallbeladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung gering gehalten werden, sodass deren Kosten in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Durch das schnelle Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung können die Rohemissionen während einer Aufheizphase gering gehalten werden. Mittels der hohen Luftmasse, welche mittels des elektrischen Verdichters in den Brennraum und von diesem in den Abgastrakt gefördert werden kann, kann wenigstens eine Nachverbrennung in dem Abgastrakt, insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, bewirkt werden, wodurch die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden kann. Mit anderen Worten verbrennt beispielsweise die mittels des elektrischen Verdichters in den Brennraum geförderte und von dem Brennraum in den Abgastrakt gelangende Luft mit Kraftstoff, insbesondere mit unverbranntem Kraftstoff, in dem Abgastrakt, insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, wodurch diese besonders schnell aufgeheizt werden kann. Dadurch, dass sowohl mittels des elektrischen Verdichters eine besonders hohe Luftmasse beziehungsweise Luftmenge in den Brennraum gefördert wird als auch der Zündwinkel nach spät verstellt wird, kann im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ein besserer Motorlauf während des Heizbetriebs realisiert werden, da eine bessere Zylinderfüllung darstellbar ist.In addition, for example, a noble metal loading of the exhaust aftertreatment device can be kept low, so that their cost can be kept in a very small frame. Due to the rapid heating of the exhaust aftertreatment device, the raw emissions during a heating phase can be kept low. By means of the high air mass, which can be conveyed by means of the electric compressor into the combustion chamber and from this into the exhaust tract, at least afterburning in the exhaust gas tract, in particular in the exhaust gas aftertreatment device, can be effected, whereby the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly quickly. In other words, for example, the air conveyed into the combustion chamber by means of the electric compressor and passing from the combustion chamber into the exhaust gas tract burns with fuel, in particular with unburned fuel, in the exhaust gas tract, in particular in the exhaust gas aftertreatment device, as a result of which it can be heated particularly quickly. Characterized in that both by means of the electric compressor, a particularly high air mass or air quantity is conveyed into the combustion chamber and the firing angle is retarded, can be compared to conventional methods a better engine running during the heating operation can be realized because a better cylinder filling can be displayed.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Heizbetrieb während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt, wodurch unerwünschte Beeinträchtigungen eines Fahrbetriebs eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs vermieden werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the heating operation is carried out during a fired operation of the internal combustion engine, whereby undesirable impairments of a driving operation of a vehicle equipped with the internal combustion engine motor vehicle can be avoided.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungskraftmaschine mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird, um dadurch eine besonders hohe Laufruhe zu realisieren.Another embodiment is characterized in that the internal combustion engine is operated with a stoichiometric combustion air ratio, thereby realizing a particularly high smoothness.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Magerbetrieb betrieben, sodass das Gemisch im Brennraum mager ist. Hierdurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft aufgeheizt werden.In a further embodiment of the invention, the internal combustion engine is operated in a lean operation, so that the mixture in the combustion chamber is lean. As a result, the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly advantageously.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine im Heizbetrieb das gleiche Drehmoment wie in dem Normalbetrieb bereitstellt. Hierdurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft aufgeheizt werden, wobei gleichzeitig eine übermäßige Beeinträchtigung eines Fahrbetriebs vermieden werden kann.Finally, it has proven to be particularly advantageous if the internal combustion engine provides the same torque during heating operation as in normal operation. As a result, the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly advantageously, wherein at the same time an excessive impairment of a driving operation can be avoided.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, in einem Heizbetrieb zum gezielten Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung. Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, einen von Abgas aus dem Brennraum durchströmbaren Abgastrakt, einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt, wenigstens einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter und die in dem Abgastrakt angeordnete und demzufolge von dem Abgas aus dem Brennraum durchströmbare Abgasnachbehandlungseinrichtung. Bei dem Verfahren wird eine Ventilüberschneidung von dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine derart eingestellt, dass mittels des Verdichters Luft direkt von dem Ansaugtrakt über beziehungsweise durch den Brennraum hindurch in den Abgastrakt gefördert wird. Dieses Fördern der Luft direkt von dem Ansaugtrakt durch den Brennraum hindurch in den Abgastrakt wird auch als Überspülen bezeichnet, da im Rahmen des Überspülens die mittels des Verdichters geförderte Luft aus dem Ansaugtrakt durch den Brennraum hindurch in den Abgastrakt strömt beziehungsweise gefördert wird.A second aspect of the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, in a heating mode for the targeted heating of an exhaust gas aftertreatment device. In this case, the internal combustion engine comprises at least one formed for example as a cylinder combustion chamber, an exhaust gas from the combustion chamber flowed through an air intake intake tract, at least one arranged in the intake compressor and disposed in the exhaust tract and consequently from the exhaust gas from the combustion chamber through-flow exhaust aftertreatment device , In the method, a valve overlap of the combustion chamber associated gas exchange valves of the internal combustion engine is set such that by means of the compressor air directly from the intake via or through the combustion chamber is conveyed through into the exhaust tract. This conveyance of the air directly from the intake tract through the combustion chamber into the exhaust tract is also referred to as overflushing, since in the course of overflushing, the air conveyed by the compressor flows or is conveyed from the intake tract through the combustion chamber into the exhaust gas tract.
Ein erstes der Gaswechselventile ist dabei beispielsweise als Einlassventil ausgebildet, über welches die Luft aus dem Ansaugtrakt in den Brennraum strömen kann. Ein zweites der Gaswechselventile ist beispielsweise als Auslassventil ausgebildet, über welches die Luft aus dem Brennraum in den Abgastrakt strömen kann. Um das zuvor genannte Überspülen der Luft zu realisieren, sind das Einlassventil und das Gaswechselventil zumindest vorübergehend gleichzeitig geöffnet, sodass die Luft aus dem Ansaugtrakt direkt über den Brennraum in den Abgastrakt strömen kann.A first of the gas exchange valves is designed, for example, as an inlet valve, via which the air can flow from the intake tract into the combustion chamber. A second of the gas exchange valves is designed, for example, as an outlet valve, via which the air can flow from the combustion chamber into the exhaust gas tract. In order to realize the aforementioned flushing of the air, the inlet valve and the gas exchange valve are at least temporarily opened simultaneously, so that the air from the intake tract can flow directly into the exhaust tract via the combustion chamber.
Um nun die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders vorteilhaft aufheizen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass als der Verdichter ein elektrischer Verdichter verwendet wird, dessen Verdichterrad zum Fördern der Luft mittels einer elektrischen Maschine angetrieben wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In order to be able to heat the exhaust aftertreatment device particularly advantageously, it is inventively provided that an electric compressor is used as the compressor, the compressor wheel is driven to convey the air by means of an electric machine. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention, and vice versa.
Die elektrische Maschine wird beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben, mittels welchem das Verdichterrad angetrieben wird. Das Verdichterrad wird somit nicht oder nicht nur mittels einer in dem Abgastrakt angeordneten Turbine, welche von dem Abgas angetrieben wird, angetrieben, sondern das Verdichterrad wird, insbesondere auch oder vorzugsweise ausschließlich, mittels der elektrischen Maschine angetrieben. Der Verdichter wird auch als elektrischer Verdichter oder E-Lader bezeichnet.The electric machine is operated, for example, in a motor operation and thus as an electric motor, by means of which the compressor wheel is driven. The compressor wheel is thus not driven or not only by means of a turbine arranged in the exhaust tract, which is driven by the exhaust gas, but the compressor wheel is, in particular or preferably exclusively, driven by the electric machine. The compressor is also referred to as an electric compressor or e-charger.
Durch die Verwendung des elektrischen Verdichters, welcher auch als elektrisch antreibbarer oder elektrisch betreibbarer Verdichter bezeichnet wird, kann zumindest im Wesentlichen unabhängig von dem Abgas beziehungsweise von dessen Massenstrom die Luft mittels des Verdichterrads gefördert werden. Dadurch können auch besonders hohe Drehzahlen und somit eine besonders hohe Menge beziehungsweise Masse der Luft realisiert werden, wenn das Abgas einen nur geringen Massenstrom aufweist. Dadurch kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden. Ferner kann durch das beschriebene Überspülen überschüssige und somit eine besonders hohe Menge an Luft in den Abgastrakt geleitet werden, ohne dass hierzu zusätzliche und somit kosten-, bauraum- und gewichtsintensive Komponenten erforderlich sind. Zum Überspülen wird lediglich der ohnehin vorhandene Verdichter genutzt.By using the electric compressor, which is also referred to as an electrically driven or electrically operable compressor, the air can be conveyed by means of the compressor wheel, at least substantially independently of the exhaust gas or of its mass flow. As a result, particularly high speeds and thus a particularly high amount or mass of the air can be realized if the exhaust gas has only a low mass flow. As a result, the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly quickly. Furthermore, by the described over-purge excess and thus a particularly high amount of air can be passed into the exhaust system, without the need for additional and thus cost, space and weight-intensive components are required. For overflowing only the already existing compressor is used.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest ein Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit fettem Gemisch betrieben wird, sodass überschüssiger Kraftstoff des fetten Gemisches mit in der direkt von dem Ansaugtrakt durch den Brennraum hindurch in den Abgastrakt geförderten Luft enthaltenem Sauerstoff verbrennt, wodurch die Abgasnachbehandlungseinrichtung aufgeheizt wird. Hierdurch wird beispielsweise in dem Abgastrakt ein Verbrennungsluftverhältnis (
Um dabei eine besonders vorteilhafte Nachverbrennung in dem Abgastrakt, insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als der zumindest eine Brennraum ein von dem wenigstens einen Brennraum unterschiedlicher, zusätzlich dazu vorgesehener weiterer Brennraum der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. Die überspülte Luft stammt somit aus dem wenigstens einen Brennraum beziehungsweise wird über den wenigstens einen Brennraum in den Abgastrakt eingeleitet, während jedoch der überschüssige Kraftstoff, mit welchem die überspülte Luft in dem Abgastrakt, insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, nachverbrennt, aus dem weiteren Brennraum stammt. Dadurch kann eine besonders effektive und schnelle Nachverbrennung realisiert werden.In order to realize a particularly advantageous afterburning in the exhaust tract, in particular in the exhaust aftertreatment device, it is provided in a further embodiment of the invention that is used as the at least one combustion chamber of the at least one combustion chamber different, additionally provided further combustion chamber of the internal combustion engine , The oversprayed air thus comes from the at least one combustion chamber or is introduced into the exhaust tract via the at least one combustion chamber, while, however, the excess fuel with which the oversprayed air in the exhaust tract, in particular in the exhaust aftertreatment device, burns, originates from the further combustion chamber. As a result, a particularly effective and rapid afterburning can be realized.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als die Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Katalysator, insbesondere ein Drei-Wege-Katalysator, aufgeheizt wird. Hierdurch können die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden, da beispielsweise eine Aufheizphase zum Aufheizen des Katalysators besonders gering gehalten werden kann.A further embodiment is characterized in that a catalyst, in particular a three-way catalyst, is heated as the exhaust gas aftertreatment device. As a result, the emissions of the internal combustion engine can be kept particularly low because, for example, a heating phase for heating the catalyst can be kept particularly low.
Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.The invention also includes an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, wherein the internal combustion engine for carrying out a method according to the invention is trained. Advantages and advantageous embodiments of the respective method according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
-
1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine; -
2 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und -
3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a detail of a schematic sectional view of an internal combustion engine according to the invention; -
2 a flowchart illustrating a method according to the invention; and -
3 a flowchart illustrating a method according to the invention.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Verbrennungskraftmaschine
Die Verbrennungskraftmaschine
Dem Brennraum
Demzufolge verschließt das Auslassventil in der Schließstellung den Auslasskanal
Bei einem sich zeitlich an den ersten Schritt
Bei dem Heizbetrieb beziehungsweise während des Heizbetriebs wird eine Ventilüberschneidung der dem Brennraum zugeordneten Gaswechselventile
Um dabei die Abgasnachbehandlungseinrichtung
Ferner ist es bei dem zweiten Schritt
Vorzugsweise handelt es sich bei dem zumindest einen Brennraum um einen von dem Brennraum
Um die Abgasnachbehandlungseinrichtung
Dadurch, dass der Zündzeitpunkt während des Heizbetriebs später als während des Normalbetriebs ist, stellt die Verbrennungskraftmaschine
Bei dem zweiten Verfahren ist es denkbar, dass die Verbrennungskraftmaschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Brennraumcombustion chamber
- 33
- Kolbenpiston
- 44
- Motorgehäusemotor housing
- 55
- Abtriebswelleoutput shaft
- 66
- Drehachseaxis of rotation
- 77
- Pleuelpleuel
- 88th
- Ansaugtraktintake system
- 99
- Abgastraktexhaust tract
- 1010
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
- 1111
- Einlasskanalinlet channel
- 1212
- Auslasskanalexhaust port
- 1313
- GaswechselventilGas exchange valve
- 1414
- GaswechselventilGas exchange valve
- 1515
- Verdichtercompressor
- 1616
- Verdichterradcompressor
- 1717
- elektrische Maschineelectric machine
- S1, S1'S1, S1 '
- erster Schrittfirst step
- S2, S2'S2, S2 '
- zweiter Schrittsecond step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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