DE102019110109A1 - Verfahren zum Beheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente (5) eines Verbrennungsmotors (2, 10) mit einem Abgasstrang (4), wobei in dem Abgasstrang (4) zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente (5) vorgesehen ist, welche das Abgas des Verbrennungsmotors (2, 10) im normalen Betrieb mit angetriebenem Ausgangselement (6) des Verbrennungsmotors (2, 10) nachbehandelt, wobei der Verbrennungsmotor (2, 10) zumindest einen Zylinder (11) mit einem Einlassventil (13) und mit einem Auslassventil (14) aufweist, die im normalen Betrieb zyklisch geöffnet und geschlossen werden, um einerseits Luft vor der Verbrennung in den Zylinder (11) einzulassen und um andererseits Abgas nach der Verbrennung aus dem Zylinder (11) auszulassen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:- im Stillstand des Verbrennungsmotors (2, 10) bei stehendem Ausgangselement (6) werden bei zumindest einem Zylinder (11) des Verbrennungsmotors (2, 10) das Einlassventil (13) und das Auslassventil (14) gleichzeitig geöffnet,- es wird Luft und Kraftstoff in den Zylinder (11) eingelassen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in einem Brennraum (15) des Zylinders (11) gezündet,- das dabei entstehende Abgas wird durch das Auslassventil (14) in den Abgasstrang (4) zum Beheizen der zumindest einen Abgasnachbehandlungskomponente (5) geführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere von Verbrennungsmotoren in einem Kraftfahrzeug.
  • Bei Kraftfahrzeugen sind Verbrennungsmotoren bekannt, die Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Dieselkraftstoff, in Kolben-Zylindereinheiten explosionsartig verbrennen und dadurch die im Kraftstoff gespeicherte Energie in eine kinetische Energie des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit umwandeln. Es ist bekannt, dass dabei Abgase des Verbrennungsvorgangs entstehen. Diese Abgase können mit Abgasnachbehandlungskomponenten nachbehandelt werden, um den Schadstoffausstoß des Abgases zu reduzieren. So sind beispielsweise Katalysatoren bekannt, welche von dem Abgas durchströmt werden, so dass die Abgase durch den Katalysator nachbehandelt werden können. Es zeigt sich jedoch, dass die Nachbehandlungseffektivität des Katalysators erst ab einer Starttemperatur, auch Light-Off-Temperatur genannt, des Katalysators signifikant beginnt. Da der Katalysator typischerweise erst durch das Abgas selbst erwärmt wird, tritt nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors zu Beginn noch keine signifikante Abgasnachbehandlung ein, weil der Katalysator noch kalt ist und das durchströmende Abgas den Katalysator erst nach und nach auf eine Temperatur oberhalb der Starttemperatur für die Abgasnachbehandlung erwärmt. Um nun eine verbesserte und effektivere Abgasnachbehandlung zu erreichen, ist es im Stand der Technik bekannt, dass zusätzliche Brenner eingesetzt werden, die unabhängig vom Abgas des Verbrennungsmotors Kraftstoff verbrennen und das Abgas des Brenners dem Abgasstrang des Verbrennungsmotors zuführen, um eine beschleunigte Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten zu bewirken. Solche zusätzlichen Brenner sind jedoch teuer und auch nicht immer einfach zu beschaffen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektivere Abgasnachbehandlung zu erreichen, in dem ein Verfahren zur Beheizung einer Abgasnachbehandlungskomponente geschaffen wird, das eine beschleunigte Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponente erlaubt, ohne dass ein zusätzlicher Brenner eingesetzt werden muss. Auch ist es die Aufgabe, ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.
  • Die Aufgabe zu dem Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasstrang, wobei in dem Abgasstrang zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente vorgesehen ist, welche das Abgas des Verbrennungsmotors im normalen Betrieb mit angetriebenem Ausgangselement des Verbrennungsmotors nachbehandelt, wobei der Verbrennungsmotor zumindest einen Zylinder mit einem Einlassventil und mit einem Auslassventil aufweist, die im normalen Betrieb zyklisch geöffnet und geschlossen werden, um einerseits Luft vor der Verbrennung in den Zylinder einzulassen und um andererseits Abgas nach der Verbrennung aus dem Zylinder auszulassen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    • - im Stillstand des Verbrennungsmotors bei stehendem Ausgangselement werden bei zumindest einem Zylinder des Verbrennungsmotors das Einlassventil und das Auslassventil gleichzeitig geöffnet,
    • - es wird Luft und Kraftstoff in den Zylinder eingelassen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in einem Brennraum des Zylinders gezündet,
    • - das dabei entstehende Abgas wird durch das Auslassventil in den Abgasstrang zum Beheizen der zumindest einen Abgasnachbehandlungskomponente geführt.
  • Dadurch wird erreicht, dass der Verbrennungsmotor im Stillstand selbst als Brenner genutzt wird, um die Abgasnachbehandlungskomponente vorzuwärmen, so dass kein zusätzlicher Brenner benötigt wird. Dies reduziert die Kosten und erbringt dennoch eine Verbesserung durch eine beschleunigte Abgasnachbehandlung.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Start des Verfahrens vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors aus dem normalen Betrieb ein Kolben in einem Zylinder derart positioniert wird, dass er im Wesentlichen am oberen Totpunkt (OT) steht. Dabei kann auch darauf geachtet werden, dass bei jedem Abstellen des Verbrennungsmotors bei zumindest einem Zylinder oder evtl. auch bei zumindest einem Zylinder pro Zylinderbank der Kolben in dem Zylinder derart positioniert wird, dass er im Wesentlichen am oberen Totpunkt (OT) steht. Damit wird der Verbrennungsraum reduziert und das Abgas wird unmittelbar in den Abgasstrang geleitet. Auch kann bei der Stellung des Kolbens im OT verhindert werden, dass der Kolben sich verlagert, wenn das Abgasluftgemisch verbrannt wird.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Pumpe vorgesehen ist, welche betrieben wird, um die Luft in den Zylinder zu leiten. Dadurch wird das Fördern der Luft unabhängig von der Luftversorgung bei laufendem Verbrennungsmotor, die gegebenenfalls von dem Verbrennungsmotor mit angetrieben wird, ermöglicht.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn in einem zu dem Zylinder führenden Lufteinlasskanal ein Injektor vorgesehen ist, welcher Kraftstoff in den Zylinder zuführt. So kann eine zielführende Zündung stattfinden, um die beschleunigte Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente zu erreichen.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn in dem Brennraum des Zylinders eine Zündkerze vorgesehen ist, welches das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet. So kann eine zielführende Zündung stattfinden, um die beschleunigte Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente zu erreichen.
  • Die Aufgabe zu dem Kraftfahrzeug wird mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgasstrang mit zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Verfahren nur bei Stillstand des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor weiterhin zumindest eine Antriebskomponente vorgesehen ist, mittels welcher das Kraftfahrzeug zum Fahren antreibbar ist, auch im Stillstand des Verbrennungsmotors. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Fahren unabhängig vom Verbrennungsmotor ist, zumindest zeitweise, so dass während eines Fahrbetriebs durch die zusätzliche Antriebskomponente der Verbrennungsmotor zum Beheizen der Abgasnachbehandlungskomponente eingesetzt werden kann.
  • Vorteilhaft ist es, wenn bei fahrendem Kraftfahrzeug aufgrund eines Antriebs durch die andere Antriebskomponente und gleichzeitig bei Stillstand des Verbrennungsmotors das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die andere, zusätzliche Antriebskomponente ein Elektromotor ist.
  • Besonders bevorzugt ist es auch, wenn der Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor als Plug-in-Hybrid (PHEV) oder als Mild-Hybrid (MHEV) zusammenwirkt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
    • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 3 ein Diagramm mit Ventilhubverläufen eines Sechszylindermotors zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und optional einer zusätzlichen Antriebskomponente 3, wie einem Elektromotor. Der Abgasstrang 4, welcher dem Verbrennungsmotor 2 nachgeordnet ist, weist zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente 5 auf, mittels welcher das Abgas des Verbrennungsmotors 2 nachbehandelt wird, beispielsweise mittels eines Katalysators. Die zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente 5 ist insbesondere vorgesehen, das Abgas des Verbrennungsmotors 2 im normalen Betrieb mit angetriebenem Ausgangselement 6 des Verbrennungsmotors 2 nachzubehandeln.
  • Die 2 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Zylinder 11 mit einem darin verlagerbar angeordneten Kolben 12. Der Zylinder 11 ist mit zumindest einem Einlassventil 13 und mit zumindest einem Auslassventil 14 versehen, die im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 zyklisch geöffnet und geschlossen werden, um einerseits Luft vor der Verbrennung in den Zylinder 11 einzulassen und um andererseits Abgas nach der Verbrennung aus dem Zylinder 11 auszulassen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    • - Im Stillstand des Verbrennungsmotors 2, 10 bei stehendem Ausgangselement 6 werden bei zumindest einem Zylinder 11 des Verbrennungsmotors 2, 10 das Einlassventil 13 und das Auslassventil 14 gleichzeitig geöffnet.
    • - Es wird Luft und Kraftstoff in den Zylinder 11 eingelassen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in einem Brennraum 15 des Zylinders 11 gezündet.
    • - Das dabei entstehende Abgas wird durch das Auslassventil 14 in den Abgasstrang 4 zum Beheizen der zumindest einen Abgasnachbehandlungskomponente 5 geführt.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn vor dem Start des Verfahrens und insbesondere vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors 2, 10 aus dem normalen Betrieb ein Kolben 12 in einem Zylinder 11 derart positioniert wird, dass er im Wesentlichen am oberen Totpunkt (OT) steht.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Pumpe 16 vorgesehen ist, welche betrieben wird, um die Luft in den Zylinder 11 zu leiten. Die Pumpe 16 kann ein zusätzliches Bauteil oder mittels einer vorhandenen Komponente, wie beispielsweise ein elektrisch angetriebener Turbolader, realisiert sein. Auch ist es vorteilhaft, wenn in einem zu dem Zylinder 11 führenden Lufteinlasskanal 17 ein Injektor 18 vorgesehen ist, welcher Kraftstoff in den Zylinder 11 zuführt. In dem Brennraum 15 des Zylinders 11 ist vorteilhaft eine Zündkerze 19 o.Ä. vorgesehen, welche das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nur bei Stillstand des Verbrennungsmotors 2, 10 durchgeführt, also insbesondere auch bei stehendem Kraftfahrzeug 1. Falls das Kraftfahrzeug 1 jedoch zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor 2, 10 zumindest eine weitere Antriebskomponente 3 aufweist, mittels welcher das Kraftfahrzeug zum Fahren antreibbar ist, so kann das Verfahren auch im Stillstand des Verbrennungsmotors aber dennoch beim Fahren des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Dabei kann die andere Antriebskomponente 3 beispielsweise ein Elektromotor sein. Die Kombination von Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor kann als Plug-in-Hybrid (PHEV) oder als Mild-Hybrid (MHEV) zusammenwirken.
  • Die 3 zeigt ein Diagramm, bei welchem der Ventilhub des Einlassventils und des Auslassventiles der Zylinder eines 6-Zylindermotors als Funktion des Drehwinkels der Kurbelwelle dargestellt ist, wobei der Verbrennungsmotor zwei Zylinderbänke mit je drei Zylindern aufweist. Dabei bedeutet EV Einlassventil und AV Auslassventil. Z1 bis Z6 bedeuten Zylinder 1 bis Zylinder 6. Es ist zu erkennen, dass es jeweils einen breiten Überlappungsbereich 50 gibt, bei welchem das jeweilige Einlassventil EV noch offen ist und das Auslassventil AV bereits offen ist. In diesen Betriebsbereichen kann sowohl das Einlassventil EV als auch das Auslassventil AV offen angesteuert werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Fachmann liest selbstverständlich mit, dass die Erfindung nicht auf die genannte Anzahl der Zylinder oder Zylinderbänke beschränkt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Antriebskomponente
    4
    Abgasstrang
    5
    Abgasnachbehandlungskomponente
    6
    Ausgangselement
    10
    Verbrennungsmotor
    11
    Zylinder
    12
    Kolben
    13
    Einlassventil
    14
    Auslassventil
    15
    Brennraum
    16
    Pumpe
    17
    Lufteinlasskanal
    18
    Injektor
    19
    Zündkerze
    50
    Überlappungsbereich

Claims (10)

  1. Verfahren zum Beheizen zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente (5) eines Verbrennungsmotors (2, 10) mit einem Abgasstrang (4), wobei in dem Abgasstrang (4) zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente (5) vorgesehen ist, welche das Abgas des Verbrennungsmotors (2, 10) im normalen Betrieb mit angetriebenem Ausgangselement (6) des Verbrennungsmotors (2, 10) nachbehandelt, wobei der Verbrennungsmotor (2, 10) zumindest einen Zylinder (11) mit einem Einlassventil (13) und mit einem Auslassventil (14) aufweist, die im normalen Betrieb zyklisch geöffnet und geschlossen werden, um einerseits Luft vor der Verbrennung in den Zylinder (11) einzulassen und um andererseits Abgas nach der Verbrennung aus dem Zylinder (11) auszulassen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - im Stillstand des Verbrennungsmotors (2, 10) bei stehendem Ausgangselement (6) werden bei zumindest einem Zylinder (11) des Verbrennungsmotors (2, 10) das Einlassventil (13) und das Auslassventil (14) gleichzeitig geöffnet, - es wird Luft und Kraftstoff in den Zylinder (11) eingelassen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in einem Brennraum (15) des Zylinders (11) gezündet, - das dabei entstehende Abgas wird durch das Auslassventil (14) in den Abgasstrang (4) zum Beheizen der zumindest einen Abgasnachbehandlungskomponente (5) geführt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Start des Verfahrens vor dem Abstellen des Verbrennungsmotors (2, 10) aus dem normalen Betrieb ein Kolben (12) in einem Zylinder (11) derart positioniert wird, dass er im Wesentlichen am oberen Totpunkt (OT) steht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (16) vorgesehen ist, welche betrieben wird, um die Luft in den Zylinder (11) zu leiten.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zu dem Zylinder (11) führenden Lufteinlasskanal (17) ein Injektor (18) vorgesehen ist, welcher Kraftstoff in den Zylinder (11) zuführt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennraum (15) des Zylinders (11) eine Zündkerze (19) vorgesehen ist, welche das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet.
  6. Kraftfahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (2, 10) und einem Abgasstrang (4) mit zumindest einer Abgasnachbehandlungskomponente (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur bei Stillstand des Verbrennungsmotors (2, 10) durchgeführt wird.
  7. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor (2, 10) weiterhin zumindest eine Antriebskomponente (3) vorgesehen ist, mittels welcher das Kraftfahrzeug (1) zum Fahren antreibbar ist, auch im Stillstand des Verbrennungsmotors (2, 10).
  8. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei fahrendem Kraftfahrzeug (1) aufgrund eines Antriebs durch die andere Antriebskomponente (3) und gleichzeitig bei Stillstand des Verbrennungsmotors (2, 10) das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 durchführbar ist.
  9. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Antriebskomponente (3) ein Elektromotor ist.
  10. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2, 10) mit dem Elektromotor als Plug-in-Hybrid (PHEV) oder als Mild-Hybrid (MHEV) zusammenwirkt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10135695C1 (de) * 2001-07-21 2003-08-14 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Vorwärmen einer Kolbenbrennkraftmaschine

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