DE102019113730A1 - Internal combustion engine with variable exhaust valve actuation and with at least two SCR catalytic converters - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Brennkraftmaschine mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor 1, der einen Brennraum 4 ausbildet, und mit einem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integrierenden Abgasstrang vorgesehen, wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum 4 und in den Abgasstrang 7 mittels eines dem Brennraum 4 zugeordneten Auslassventils 9 steuerbar ist, wobei das Auslassventil 9 mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung 10 betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 mittels dieser die Ventilöffnung des Auslassventils 9 während des Ausstoßtakts veränderbar ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst einen ersten SCR-Katalysator 12 und einen zweiten SCR-Katalysator 15; 16, wobei der erste SCR-Katalysator 12 stromauf des zweiten SCR-Katalysators 15; 16 angeordnet ist. Während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine wird zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors 1 erfolgende Ventilöffnung des Auslassventils 9 im Vergleich zu einem Normalbetrieb kleiner eingestellt. Dieses relativ heiße Abgas wird dazu genutzt, den ersten SCR-Katalysator 12, der infolge der Kombination mit dem zweiten SCR-Katalysator 15; 16 ein nur relativ kleines Volumen und damit eine nur relativ kleine thermische Masse aufweisen kann, aufzuwärmen, um möglichst schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Wirksamwerden zumindest dieses ersten SCR-Katalysators 12 zu realisieren.An internal combustion engine is provided with a four-stroke internal combustion engine 1, which forms a combustion chamber 4, and with an exhaust gas line that integrates an exhaust gas aftertreatment device, with exhaust gas being discharged from the combustion chamber 4 and into the exhaust gas line 7 by means of an outlet valve 9 assigned to the combustion chamber 4 , wherein the outlet valve 9 can be actuated by means of a valve actuation device 10 which is designed such that the valve opening of the outlet valve 9 can be changed during the exhaust stroke when the internal combustion engine 1 is in operation. The exhaust gas aftertreatment device comprises a first SCR catalytic converter 12 and a second SCR catalytic converter 15; 16, wherein the first SCR catalytic converter 12 upstream of the second SCR catalytic converter 15; 16 is arranged. During a heating operation of the internal combustion engine, in order to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas, the valve opening of the exhaust valve 9 which occurs during an exhaust stroke of the internal combustion engine 1 is set smaller in comparison to normal operation. This relatively hot exhaust gas is used to the first SCR catalyst 12, which as a result of the combination with the second SCR catalyst 15; 16 can have only a relatively small volume and thus only a relatively small thermal mass, in order to make at least this first SCR catalytic converter 12 effective as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet, und mit einem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integrierenden Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor, wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum und in den Abgasstrang mittels mindestens eines Auslassventils des Brennraums steuerbar ist, wobei das Auslassventil mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser die Ventilöffnung des Auslassventils während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors veränderbar ist.The invention relates to an internal combustion engine with a four-stroke internal combustion engine, which forms at least one combustion chamber, and with an exhaust gas line that integrates an exhaust gas aftertreatment device for discharging exhaust gas from the internal combustion engine, exhaust gas being discharged from the combustion chamber and into the exhaust gas line by means of at least one exhaust valve of the combustion chamber is controllable, wherein the exhaust valve can be actuated by means of a valve actuation device which is designed such that the valve opening of the exhaust valve can be changed during an exhaust stroke of the internal combustion engine by means of this.

Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannt. Dort ist ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine offenbart, bei dem nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein einem Brennraum eines Viertakt-Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeordnetes Auslassventil mit einer im Vergleich zu einem Normalbetrieb relativ kleinen Ventilöffnung betätigt wird. Dadurch wird die Ladungswechselarbeit erhöht und damit Abgas über das entsprechend geöffnete Auslassventil mit einer relativ hohen Temperatur in einen Abgasstrang abgeführt, wodurch dieses ein möglichst schnelles Erwärmen einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung bewirken soll.Such an internal combustion engine is from DE 10 2004 016 386 B4 known. There a method for operating such an internal combustion engine is disclosed in which, after a cold start of the internal combustion engine, an exhaust valve assigned to a combustion chamber of a four-stroke internal combustion engine is actuated with a valve opening that is relatively small compared to normal operation. As a result, the gas exchange work is increased and exhaust gas is thus discharged into an exhaust line at a relatively high temperature via the correspondingly opened exhaust valve, which is intended to cause an exhaust gas aftertreatment device integrated in the exhaust line to heat up as quickly as possible.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine anzugeben, die sich durch möglichst geringe Schadstoffemissionen insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine auszeichnet.The invention was based on the object of specifying an internal combustion engine which is characterized by the lowest possible pollutant emissions, in particular after a cold start of the internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by means of an internal combustion engine according to patent claim 1. A method for operating such an internal combustion engine is the subject matter of patent claim 10. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention and preferred embodiments of the method according to the invention are the subject matter of the further patent claims and / or result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor, der mindestens einen Brennraum ausbildet, und mit einem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integrierenden Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum und in den Abgasstrang mittels mindestens eines dem Brennraum zugeordneten Auslassventils steuerbar ist, wobei das Auslassventil mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors mittels dieser die Ventilöffnung des Auslassventils während des Ausstoßtakts veränderbar ist. Insbesondere ist die Ventilöffnung des Auslassventils dabei derart veränderbar, dass zumindest eine relativ große Ventilöffnung und eine relativ kleine Ventilöffnung (die größer null ist) einstellbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen ersten SCR-Katalysator und einen zweiten SCR-Katalysator, wobei der erste SCR-Katalysator stromauf des zweiten SCR-Katalysators angeordnet ist.According to the invention, an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, is provided with a four-stroke internal combustion engine that forms at least one combustion chamber, and with an exhaust gas line that integrates an exhaust gas aftertreatment device for discharging exhaust gas from the internal combustion engine, with exhaust gas being discharged from the combustion chamber and into the exhaust gas line is controllable by means of at least one exhaust valve assigned to the combustion chamber, the exhaust valve being operable by means of a valve actuating device which is designed such that the valve opening of the exhaust valve can be changed during the exhaust stroke when the internal combustion engine is operating. In particular, the valve opening of the outlet valve can be changed in such a way that at least one relatively large valve opening and one relatively small valve opening (which is greater than zero) can be set. According to the invention, the exhaust gas aftertreatment device comprises a first SCR catalytic converter and a second SCR catalytic converter, the first SCR catalytic converter being arranged upstream of the second SCR catalytic converter.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine sieht vor, dass temporär während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus dem Brennraum ausgebrachten Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors erfolgende Ventilöffnung des Auslassventils im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleiner eingestellt wird.A method according to the invention for operating such an internal combustion engine provides that temporarily during a heating operation of the internal combustion engine to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the valve opening of the exhaust valve that occurs during an exhaust stroke of the internal combustion engine is set smaller in comparison to normal operation of the internal combustion engine .

Die Erfindung zielt darauf ab, die grundsätzlich aus der DE 10 2004 016 386 B4 bekannte Maßnahme zur temporären Erzeugung eines relativ heißen Abgases dazu zu nutzen, um den relativ nah an dem Verbrennungsmotor angeordneten ersten SCR-Katalysator, der infolge der Kombination mit dem zweiten SCR-Katalysator ein nur relativ kleines Volumen und damit eine nur relativ kleine thermische Masse (im Vergleich zu den üblicherweise bei vergleichbaren Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eingesetzten SCR-Katalysatoren) aufweisen kann, aufzuwärmen, um insbesondere möglichst schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Wirksamwerden zumindest dieses ersten SCR-Katalysators zu realisieren. Da eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs unmittelbar nach einem Kaltstart üblicherweise nur mit relativ niedrigen Drehzahlen und Lasten betrieben wird, ist dann auch der über den Abgasstrang von dem Verbrennungsmotor abzuführende Abgasmassenstrom relativ gering. Das relativ kleine Volumen des ersten SCR-Katalysators ist dann ausreichend, um in einem ausreichenden Maße und insbesondere möglichst vollständig eine katalytisch wirksame Reduzierung des oder der in dem Abgasstrangmassenstrom enthaltenen und mittels des ersten (und auch des zweiten) SCR-Katalysators zu reduzierenden Schadstoffe, insbesondere Stickoxide, zu realisieren. Wird der Verbrennungsmotor anschließend mit relativ hohen Drehzahlen und/oder Lasten betrieben, wodurch dieser einen entsprechend großen Abgasmassenstrom erzeugt, kann dann eine katalytisch wirksame Reduzierung des oder der zu reduzierenden Schadstoffe durch den ersten SCR-Katalysator und den dann bereits aufgrund des schon andauernden Betriebs des Verbrennungsmotors ebenfalls aufgewärmten zweiten SCR-Katalysator realisiert werden. Dafür stellen die mindestens zwei SCR-Katalysatoren in Kombination ein ausreichendes Volumen bereit.The invention aims to basically result from the DE 10 2004 016 386 B4 known measure for the temporary generation of a relatively hot exhaust gas to use the first SCR catalytic converter, which is arranged relatively close to the internal combustion engine and which, as a result of the combination with the second SCR catalytic converter, has only a relatively small volume and therefore only a relatively small thermal mass in comparison to the SCR catalytic converters usually used in comparable internal combustion engines for motor vehicles) to warm up, in particular to make at least this first SCR catalytic converter effective as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine. Since an internal combustion engine of a motor vehicle is usually only operated at relatively low speeds and loads immediately after a cold start, the exhaust gas mass flow to be discharged from the internal combustion engine via the exhaust system is then also relatively low. The relatively small volume of the first SCR catalytic converter is then sufficient to achieve a catalytically effective reduction of the pollutants contained in the exhaust gas train mass flow and to be reduced by means of the first (and also the second) SCR catalytic converter to a sufficient extent and in particular as completely as possible, in particular nitrogen oxides to realize. If the internal combustion engine is then operated at relatively high speeds and / or loads, as a result of which it generates a correspondingly large exhaust gas mass flow, a catalytically effective reduction of the pollutant or pollutants to be reduced by the first SCR catalytic converter and then already due to the ongoing operation of the Internal combustion engine also warmed up second SCR catalytic converter can be realized. Ask for it the at least two SCR catalysts in combination provide a sufficient volume.

Der erste SCR-Katalysator weist vorzugsweise ein im Vergleich zu dem zweiten SCR-Katalysator kleineres Volumen auf. Das Volumen des ersten SCR-Katalysators kann dabei insbesondere zwischen 10% und 35% und vorzugsweise ca. 15% (d.h. 15±2%) des Volumens des zweiten SCR-Katalysators betragen. Ausgehend von einem Gesamtvolumen der SCR-Katalysatoren der Brennkraftmaschine, das für eine ausreichende Reduzierung des oder der zu reduzierende Schadstoffe in den maximal im Betrieb des Verbrennungsmotors von diesem erzeugten Abgasmassenstroms ausgelegt ist, kann durch eine solche hinsichtlich des Volumens unterschiedliche Ausgestaltung des ersten SCR-Katalysators und des zweiten SCR-Katalysators in vorteilhafter Weise ermöglicht werden, den ersten SCR-Katalysator besonders klein zu dimensionieren, wodurch dessen Wirksamwerden insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine besonders schnell erreicht werden kann.The first SCR catalyst preferably has a smaller volume compared to the second SCR catalyst. The volume of the first SCR catalytic converter can be in particular between 10% and 35% and preferably approx. 15% (i.e. 15 ± 2%) of the volume of the second SCR catalytic converter. Starting from a total volume of the SCR catalytic converters of the internal combustion engine, which is designed for a sufficient reduction of the pollutant (s) to be reduced in the maximum exhaust gas mass flow generated by the internal combustion engine during operation, such a configuration of the first SCR catalytic converter which is different in terms of volume can be used and the second SCR catalytic converter can be made possible in an advantageous manner to dimension the first SCR catalytic converter particularly small, whereby its effectiveness can be achieved particularly quickly, especially after a cold start of the internal combustion engine.

Als „Kaltstart“ der Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß eine Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine verstanden, bei der die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Temperatur aufweist/-en, die unterhalb einer Grenztemperatur von 120°C liegt und die insbesondere im Wesentlichen (d.h. ±5°C) der Umgebungstemperatur entsprechen kann. In diesem Fall liegt auch die Temperatur der SCR-Katalysatoren deutlich unter ihrer jeweiligen Anspring- beziehungsweise Light-Off-Temperatur, ab der von einer ausreichend hohen Wirksamkeit mit Reduktionsraten von beispielsweise mindestens 90% auszugehen ist.According to the invention, a “cold start” of the internal combustion engine is understood to mean a start-up of the internal combustion engine at which the exhaust gas aftertreatment device has a temperature that is below a limit temperature of 120 ° C. and which can in particular essentially (ie ± 5 ° C.) correspond to the ambient temperature . In this case, the temperature of the SCR catalytic converters is also well below their respective light-off or light-off temperature, from which a sufficiently high effectiveness with reduction rates of, for example, at least 90% can be assumed.

Als „Volumen“ eines SCR-Katalysators wird die insgesamt in Anspruch genommene Raumgröße des das katalytisch wirksame Material umfassenden Bauteils, das von dem Abgas zur selektiven katalytischen Reduktion von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden (NOX), um- und/oder durchströmt wird, verstanden.The "volume" of an SCR catalytic converter is the overall space size of the component comprising the catalytically active material, around and / or through which the exhaust gas flows for the selective catalytic reduction of pollutants, in particular nitrogen oxides (NO X ), Understood.

Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor handeln. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder eine Kombination daraus, z.B. einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handelt. Der Verbrennungsmotor kann dabei sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. Diesel-Kraftstoff oder Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG) betrieben werden beziehungsweise betreibbar sein.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can in particular be a (self-igniting and quality-controlled) diesel engine. However, there is also the possibility that the internal combustion engine is a (spark-ignition and quantity-controlled) Otto engine or a combination thereof, e.g. an internal combustion engine with homogeneous compression ignition. The internal combustion engine can be operated or be operable both with liquid fuel (i.e. diesel fuel or gasoline) and with a gaseous fuel (in particular natural gas, LNG or LPG).

Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise eine Mehrzahl von Brennräumen ausbilden. Ebenso kann bevorzugt vorgesehen sein, dass jedem dieser Brennräume eine Mehrzahl von Auslassventilen zugeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass für sämtliche oder nur einzelne, insbesondere auch für nur ein einziges der jedem Brennraum zugeordneten Auslassventile die Ventilöffnung während des Ausstoßtakts veränderbar ist.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can preferably form a plurality of combustion chambers. Likewise, it can preferably be provided that a plurality of exhaust valves are assigned to each of these combustion chambers. It can be provided that the valve opening can be changed during the exhaust stroke for all or only individual ones, in particular also for only a single one of the exhaust valves assigned to each combustion chamber.

Eine Veränderung der Ventilöffnung des Auslassventils kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorzugsweise durch eine Verschiebung des Öffnungsbeginns während des Ausstoßtakts (vorzugsweise in Kombination mit einer Veränderung der Öffnungsdauer, d.h. das Öffnungsende wird nicht oder in einem anderen Ausmaß als der Öffnungsbeginn verschoben) und/oder durch eine Variation des Öffnungshubs (d.h. des maximalen Öffnungswegs des Auslassventils) realisierbar sein.A change in the valve opening of the exhaust valve in an internal combustion engine according to the invention can preferably be done by shifting the start of opening during the exhaust stroke (preferably in combination with a change in the duration of the opening, ie the end of opening is not shifted or is shifted to a different extent than the start of opening) and / or Variation of the opening stroke (ie the maximum opening travel of the exhaust valve) can be realized.

Vorteilhafterweise kann zur Variation der Ventilöffnung des Auslassventils eine Schaltvorrichtung genutzt werden, die demnach mindestens zwei und vorzugsweise exakt zwei diskrete Schaltstellungen aufweist, die sich hinsichtlich der durch die Schaltvorrichtung bewirkten Ventilöffnung des Auslassventils unterscheiden. Eine solche Schaltvorrichtung kann sich, insbesondere im Vergleich zu einer ebenfalls einsetzbaren Stellvorrichtung, mittels der die Ventilöffnung des Auslassventils stufenlos einstellbar ist, durch eine relativ einfache konstruktive Ausgestaltung auszeichnen. Besonders bevorzugt kann eine solche Schaltvorrichtung auf der Verwendung unterschiedlicher Nocken einer zur Betätigung des Auslassventils vorgesehenen Nockenwelle der Ventilbetätigungsvorrichtung basieren, wobei die Nocken alternativ mittels eines Aktuators der Schaltvorrichtung in Wirkverbindung mit dem Auslassventil bringbar sind.A switching device can advantageously be used to vary the valve opening of the outlet valve, which accordingly has at least two and preferably exactly two discrete switching positions that differ with regard to the valve opening of the outlet valve caused by the switching device. Such a switching device can be distinguished by a relatively simple structural design, in particular in comparison to an adjusting device that can also be used, by means of which the valve opening of the outlet valve can be continuously adjusted. Such a switching device can particularly preferably be based on the use of different cams of a camshaft of the valve actuating device provided for actuating the exhaust valve, the cams alternatively being able to be brought into operative connection with the exhaust valve by means of an actuator of the switching device.

Zur Variation der Ventilöffnung des Auslassventils kann aber auch in vorteilhafter Weise eine Stellvorrichtung genutzt werden, mittels der die Ventilöffnung des Auslassventils stufenlos einstellbar ist.To vary the valve opening of the outlet valve, however, an adjusting device can also be used in an advantageous manner, by means of which the valve opening of the outlet valve can be continuously adjusted.

Vorzugsweise kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine das Auslassventil zwischen 70°KW vor LW-OT (°KW: Kurbelwellenwinkel) und 50°KW vor LW-OT geöffnet und, weiterhin bevorzugt zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT geschlossen wird. Ebenfalls kann dabei vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Öffnungshub zwischen 1 mm und 2 mm beträgt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann hierzu in eine entsprechende Betätigungsstellung bringbar sein.When carrying out a method according to the invention, it can preferably be provided that, during the heating operation of the internal combustion engine, the exhaust valve is opened between 70 ° CA before LW-OT (° CA: crankshaft angle) and 50 ° CA before LW-OT and, furthermore preferably between 20 ° CA. before LW-OT and 0 ° CA before LT-OT, especially at 10 ° CA before LT-OT. Likewise, it can preferably be provided that the opening stroke is between 1 mm and 2 mm. The valve actuation device of an internal combustion engine according to the invention can be brought into a corresponding actuation position for this purpose.

Weiterhin bevorzugt kann bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine das Auslassventil zwischen 210°KW vor LW-OT und 190°KW vor LW-OT, insbesondere bei 200°KW vor LW-OT, geöffnet und, weiterhin bevorzugt, zwischen 20°KW vor LW-OT und 0°KW vor LW-OT, insbesondere bei 10°KW vor LW-OT, geschlossen wird. Weiterhin bevorzugt kann für den Normalbetrieb noch vorgesehen sein, dass der Öffnungshub zwischen 8 mm und 10 mm, insbesondere 9 mm, beträgt.In addition, it can preferably be provided when carrying out a method according to the invention that during normal operation of the internal combustion engine the exhaust valve is opened between 210 ° CA before LW-OT and 190 ° CA before LW-OT, in particular at 200 ° CA before LW-OT, and, furthermore preferred, between 20 ° CA before LW-OT and 0 ° CA before LW-OT, in particular at 10 ° CA before LW-OT, is closed. For normal operation, it can furthermore preferably be provided that the opening stroke is between 8 mm and 10 mm, in particular 9 mm.

Die Angaben der Steuerzeiten können sich auf eine Hubschwelle von 1 mm oder 0,5 mm beziehen, ab der von einer wirksamen Öffnung der Auslassventile ausgegangen werden kann. Dabei kann insbesondere eine Hubschwelle von 1 mm bei einem Öffnungshub von mindestens 2 mm und eine Hubschwelle von 0,5 mm bei einem Öffnungshub von weniger als 2 mm angesetzt werden.The details of the control times can refer to a stroke threshold of 1 mm or 0.5 mm, from which it can be assumed that the exhaust valves will open effectively. In particular, a stroke threshold of 1 mm for an opening stroke of at least 2 mm and a stroke threshold of 0.5 mm for an opening stroke of less than 2 mm can be applied.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass der zweite SCR-Katalysator als katalytisch beschichteter Partikelfilter ausgebildet ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Doppelfunktionalität für diese Komponente der Abgasnachbehandlungsvorrichtung realisiert werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the second SCR catalytic converter is designed as a catalytically coated particle filter. As a result, an advantageous dual functionality can be implemented for this component of the exhaust gas aftertreatment device.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine einen dritten SCR-Katalysator und gegebenenfalls noch weitere SCR-Katalysatoren umfasst, der/die stromab des zweiten SCR-Katalysators angeordnet ist/sind. Hierdurch können die einzelnen SCR-Katalysatoren besonders klein dimensioniert werden, wobei in Kombination mit einer zeitlich abgestuften Erwärmung der SCR-Katalysatoren sowohl ein möglichst schnelles Wirksamwerden als auch eine in sämtlichen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors ausreichende Wirksamkeit der SCR-Katalysatoren in Kombination realisiert werden kann.Furthermore, it can preferably be provided that the exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine according to the invention comprises a third SCR catalytic converter and possibly also further SCR catalytic converters, which is / are arranged downstream of the second SCR catalytic converter. As a result, the individual SCR catalytic converters can be made particularly small, and in combination with a time-graded heating of the SCR catalytic converters, the SCR catalytic converters can take effect as quickly as possible and also ensure that the SCR catalytic converters are sufficiently effective in all operating states of the internal combustion engine.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ermöglicht, zumindest zwei der SCR-Katalysatoren bezüglich der katalytisch wirksamen Materialen unterschiedlich auszugestalten, wodurch insgesamt eine besonders vorteilhafte Wirksamkeit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung erreicht werden kann.An internal combustion engine according to the invention enables at least two of the SCR catalytic converters to be configured differently with regard to the catalytically active materials, as a result of which, overall, a particularly advantageous effectiveness of the exhaust gas aftertreatment device can be achieved.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste SCR-Katalysator einen Wirkungstemperaturbereich aufweist, der niedriger liegt als der Wirkungstemperaturbereich des zweiten SCR-Katalysators und/oder des dritten SCR-Katalysators. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Wahl der katalytisch wirksamen Materialien dieser SCR-Katalysatoren realisiert werden. Durch eine solche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird ein möglichst schnelles Wirksamwerden des ersten SCR-Katalysators insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine unterstützt, wohingegen der zweite und/oder der dritte SCR-Katalysator hinsichtlich einer möglichst hohen Wirksamkeit bei relativ hohen Temperaturen, die üblicherweise erst bei einem betriebswarmen Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten, optimiert sein können.Furthermore, it can preferably be provided that the first SCR catalytic converter has an effective temperature range which is lower than the effective temperature range of the second SCR catalytic converter and / or the third SCR catalytic converter. This can be achieved in particular through an appropriate selection of the catalytically active materials of these SCR catalysts. Such a configuration of an internal combustion engine according to the invention supports the first SCR catalyst to take effect as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine, whereas the second and / or the third SCR catalyst is as effective as possible at relatively high temperatures, which usually only occur at operation of the internal combustion engine at operating temperature can be optimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung weiterhin einen NOX-Speicherkatalysator und/oder einen Oxidationskatalysator umfassen, der/die stromauf des ersten SCR-Katalysators angeordnet ist/sind. Dadurch kann das Schadstoffemissionsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart, weiter verbessert werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, the exhaust gas aftertreatment device can furthermore comprise an NO x storage catalytic converter and / or an oxidation catalytic converter which is / are arranged upstream of the first SCR catalytic converter. As a result, the pollutant emission behavior of the internal combustion engine, in particular immediately after a cold start, can be further improved.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Verbrennungsmotor davon insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and not rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck), with an internal combustion engine according to the invention. The internal combustion engine or the internal combustion engine thereof can in particular be provided for (direct or indirect) provision of the drive power for the motor vehicle.

Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.The indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), in particular in the claims and in the description that generally explains the claims, are to be understood as such and not as numerals. Components specified in this way are therefore to be understood in such a way that they are present at least once and can be present several times.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

  • 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung;
  • 2: die Ventilerhebungskurven für die Einlass- und Auslassventile während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine; und
  • 3: die Ventilerhebungskurven für die Einlass- und Auslassventile während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. In the drawings shows:
  • 1 : an internal combustion engine according to the invention in a simplified representation;
  • 2 : the valve lift curves for the intake and exhaust valves during a heating operation of the internal combustion engine; and
  • 3 : the valve lift curves for the intake and exhaust valves during normal operation of the internal combustion engine.

Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Diese umfasst einen Viertakt-Verbrennungsmotor 1, der beispielhaft in Form eines Hubkolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern 2 ausgebildet ist. Die Zylinder 2 begrenzen mit darin geführten Hubkolben 3 und einem Zylinderkopf jeweils einen Brennraum 4. Diesen Brennräumen 4 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und damit der Brennkraftmaschine Frischgas über einen Frischgasstrang 5 zugeführt. Bei diesem Frischgas handelt es sich primär um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird und die anschließend über einen Verdichter (nicht dargestellt) geführt wird. Dieser Verdichter ist Teil eines Abgasturboladers, der weiterhin eine Abgasturbine 6 umfasst, die in einen Abgasstrang 7 der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung von Gemischmengen, die aus dem Frischgas und beispielsweise direkt über Kraftstoffinjektoren (nicht dargestellt) in die Brennräume 4 eingespritztem Kraftstoff bestehen, entstanden ist, wird über den Abgasstrang 7 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 6 und anschließend eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine.The 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention. This includes a four-stroke internal combustion engine 1 , the example in the form of a reciprocating engine with four cylinders arranged in series 2 is trained. The cylinders 2 limit with reciprocating pistons guided therein 3 and a cylinder head each have a combustion chamber 4th . These combustion chambers 4th is used in the operation of the Internal combustion engine 1 and thus fresh gas to the internal combustion engine via a fresh gas line 5 fed. This fresh gas is primarily air which is sucked in from the environment and which is then passed through a compressor (not shown). This compressor is part of an exhaust gas turbocharger, which continues to be an exhaust gas turbine 6th includes, which is in an exhaust line 7th the internal combustion engine is integrated. Exhaust gas that is produced during the combustion of mixture quantities that are obtained from the fresh gas and, for example, directly via fuel injectors (not shown) into the combustion chambers 4th injected fuel is created via the exhaust system 7th discharged and flows through the exhaust gas turbine 6th and then an exhaust gas aftertreatment device of the internal combustion engine.

Jedem Brennraum sind gemäß dem in der 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 zugeordnet, die über eine Ventilbetätigungsvorrichtung 10, die beispielsweise jeweils eine Nockenwelle für einerseits die Einlassventile 8 und andererseits die Auslassventile 9 umfassen kann, betätigt werden. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 werden die Hubkolben 3 aufgrund der Verbrennungsprozesse in den Brennräumen 4 oszillierend zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) bewegt, wobei die Hubkolben 3 abwechselnd einen Ladungswechselhub, der einen Ausstoßtakt sowie einen Ansaugtakt umfasst, und einen Arbeitshub, der einen Verdichtungstakt und einen Arbeitstakt umfasst, durchführen. Die Hubkolben 3 sind über Pleuel (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden, wobei die oszillierenden Bewegungen der Hubkolben 3 zu einer Rotation der Kurbelwelle führen. In Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel im Ladungswechselhub der einzelnen Hubkolben 3 werden die Einlassventile 8 und die Auslassventile 9 mittels der Ventilbetätigungsvorrichtung 10 zu exakt definierte Ventilöffnungszeiten geöffnet und geschlossen, wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist. Mit LW-OT ist dabei der obere Totpunkt der einzelnen Hubkolben 3 während des jeweiligen Ladungswechselhubs gekennzeichnet.Each combustion chamber is in accordance with the 1 illustrated embodiment example two inlet valves 8th and two exhaust valves 9 assigned, via a valve operating device 10 which, for example, each have a camshaft for the inlet valves on the one hand 8th and on the other hand the exhaust valves 9 can include, operated. In operation of the internal combustion engine 1 are the reciprocating pistons 3 due to the combustion processes in the combustion chambers 4th moves in an oscillating manner between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (BDC), with the reciprocating piston 3 alternately perform a gas exchange stroke, which includes an exhaust stroke and an intake stroke, and a power stroke, which includes a compression stroke and an expansion stroke. The reciprocating piston 3 are connected to a crankshaft (not shown) via connecting rods (not shown), with the oscillating movements of the reciprocating pistons 3 cause the crankshaft to rotate. Depending on a crankshaft angle in the gas exchange stroke of the individual reciprocating pistons 3 become the inlet valves 8th and the exhaust valves 9 by means of the valve operating device 10 open and closed at precisely defined valve opening times, as shown in the 2 and 3 is shown. With LW-OT the top dead center of the individual reciprocating pistons is 3 marked during the respective gas exchange stroke.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 11, bei der es sich um einen Oxidationskatalysator oder um einen NOX-Speicherkatalysator oder um eine Kombination aus einem solchen Oxidationskatalysator und einem solchen NOX-Speicherkatalysator handeln kann.The exhaust gas aftertreatment device comprises a first exhaust gas aftertreatment device viewed in the flow direction of the exhaust gas 11 , which can be an oxidation catalyst or an NO X storage catalyst or a combination of such an oxidation catalyst and such a NO X storage catalyst.

Dieser ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 11 schließt sich eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 12 in Form eines ersten SCR-Katalysators an. Diesem ist, in vorgelagerter Anordnung, eine (erste) Dosiervorrichtung 13 für ein Reduktionsmittel, bei dem es sich insbesondere um Ammoniak oder um eine ammoniakhaltige Lösung handeln kann, zugeordnet. Zwischen der (ersten) Dosiervorrichtung 13 und dem ersten SCR-Katalysator 12 ist eine (erste) Mischvorrichtung 14 angeordnet, die beispielsweise in Form von Strömungsleitelementen, die Verwirbelungen in der Strömung des bereits mit dem Reduktionsmittel vermischten Abgases bewirken, ausgebildet sein kann.This first exhaust aftertreatment device 11 a second exhaust gas aftertreatment device closes 12 in the form of a first SCR catalytic converter. A (first) metering device is arranged in front of this 13 for a reducing agent, which can in particular be ammonia or an ammonia-containing solution, assigned. Between the (first) dosing device 13 and the first SCR catalyst 12 is a (first) mixing device 14th arranged, which can be designed for example in the form of flow guide elements that cause turbulence in the flow of the exhaust gas already mixed with the reducing agent.

Dem ersten SCR-Katalysator 12 schließt sich eine dritte Abgasnachbehandlungsvorrichtung 15 in Form eines Partikelfilters an. Optional kann vorgesehen sein, dass dieser Partikelfilter 15 beziehungsweise der diesen ausbildende Filterkörper eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweist, wodurch der Partikelfilter 15 dann gleichzeitig einen zweiten SCR-Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung darstellt. Die für die katalytische Reduktion von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Stickoxiden, erforderliche Anwesenheit von Reduktionsmittel in dem den zweiten SCR-Katalysator 15 durchströmenden Abgas wird durch eine entsprechend starke Dosierung des Reduktionsmittels mittels der (ersten) Dosiervorrichtung 13 realisiert. Wenn mittels des zweiten SCR-Katalysators 15 eine Reduktion von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen vorgesehen ist, kann mit dieser (ersten) Dosiervorrichtung 13 mehr Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden, als in dem ersten SCR Katalysator 12 umgesetzt werden kann. Das in dem ersten SCR-Katalysator 12 nicht umgesetzte Reduktionsmittel (sogenannter Reduktionsmittel-Schlupf) kann dann zur katalytischen Reduktion der Schadstoffe in dem zweiten SCR-Katalysator 15 genutzt werden.The first SCR catalytic converter 12 a third exhaust gas aftertreatment device closes 15th in the form of a particle filter. It can optionally be provided that this particle filter 15th or the filter body forming this has a catalytically active coating, whereby the particle filter 15th then at the same time represents a second SCR catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device. The presence of reducing agent in the second SCR catalytic converter required for the catalytic reduction of pollutants contained in the exhaust gas, in particular nitrogen oxides 15th Exhaust gas flowing through is controlled by a correspondingly strong metering of the reducing agent by means of the (first) metering device 13 realized. If using the second SCR catalytic converter 15th a reduction of pollutants contained in the exhaust gas is provided, can with this (first) metering device 13 more reducing agent can be introduced into the exhaust gas than in the first SCR catalytic converter 12 can be implemented. That in the first SCR catalytic converter 12 unconverted reducing agents (so-called reducing agent slip) can then be used for the catalytic reduction of the pollutants in the second SCR catalytic converter 15th be used.

Der erste SCR-Katalysator 12 und der gegebenenfalls auch als (zweiter) SCR-Katalysator wirksame Partikelfilter 15 sind gemäß der 1 in dasselbe Gehäuse des Abgasstrangs integriert, um eine möglichst kompakte Ausgestaltung des Abgasstrangs zu ermöglichen.The first SCR catalytic converter 12 and the particle filter, which may also act as a (second) SCR catalyst 15th are according to the 1 Integrated into the same housing of the exhaust system to enable the exhaust system to be as compact as possible.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann, in einer Anordnung stromab des Partikelfilters 15, als vierte Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen weiteren SCR-Katalysator 16 umfassen, der folglich einen dritten SCR-Katalysator 16 der Abgasnachbehandlungseinrichtung darstellt, wenn der Partikelfilter 15 auch als (zweiter) SCR Katalysator wirksam ist. Anderenfalls stellt dieser weitere SCR-Katalysator 16 einen zweiten SCR-Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung dar. Wirkt der Partikelfilter 15 auch gleichzeitig als zweiter SCR-Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung, kann auf diesen weiteren SCR-Katalysator 16 verzichtet werden.The exhaust gas aftertreatment device can, in an arrangement downstream of the particulate filter 15th , a further SCR catalytic converter as a fourth exhaust gas aftertreatment device 16 include, which consequently has a third SCR catalyst 16 the exhaust aftertreatment device represents when the particulate filter 15th is also effective as a (second) SCR catalyst. Otherwise, this is another SCR catalytic converter 16 a second SCR catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device. The particulate filter works 15th also at the same time as the second SCR catalytic converter of the exhaust gas aftertreatment device, this additional SCR catalytic converter 16 be waived.

Dem weiteren SCR Katalysator 16 ist in einer Anordnung stromauf davon eine zweite Dosiervorrichtung 17 für ein Reduktionsmittel sowie, in einer Anordnung zwischen dieser zweiten Dosiervorrichtung 17 und dem weiteren SCR-Katalysator 16, eine Mischvorrichtung 18 zugeordnet. Diese zweite Dosiervorrichtung 17 kann insbesondere dann sinnvoll oder notwendig sein, wenn, wie dies in der 1 dargestellt ist, zwischen dem Partikelfilter 15 und dieser zweiten Dosiervorrichtung 17 eine Abgasrückführleitung 19 aus dem Abgasstrang 7 abgeht, über die bedarfsweise ein Teil des Abgases in den Frischgasstrang 5 zurückgeführt werden kann. Sofern eine solche Abgasrückführung durchgeführt wird, sollte vermieden werden, dass in dem dabei zurückgeführten Abgas noch nicht umgesetztes Reduktionsmittel enthalten ist. Eine Dosierung mittels der ersten Dosiervorrichtung 13 sollte daher zumindest dann, wenn eine Abgasrückführung durchgeführt wird, derart erfolgen, dass stromab des Partikelfilters 15 möglichst kein Reduktionsmittel mehr in dem Abgas enthalten ist. Dies erfordert folglich ein zusätzliches Einbringen von Reduktionsmittel in das Abgas vor dem weiteren SCR-Katalysator 16, um durch diesen eine Reduktion der Schadstoffe realisieren zu können.The other SCR catalytic converter 16 is a second in an arrangement upstream thereof Dosing device 17th for a reducing agent and, in an arrangement between this second metering device 17th and the further SCR catalytic converter 16 , a mixing device 18th assigned. This second metering device 17th can be particularly useful or necessary when, as described in the 1 is shown between the particulate filter 15th and this second metering device 17th an exhaust gas recirculation line 19th from the exhaust system 7th goes off, via which, if necessary, part of the exhaust gas in the fresh gas line 5 can be traced back. If such an exhaust gas recirculation is carried out, it should be avoided that the exhaust gas recirculated in the process does not contain reducing agent which has not yet been converted. Dosing by means of the first dosing device 13 should therefore take place at least when exhaust gas recirculation is carried out in such a way that downstream of the particle filter 15th If possible, no more reducing agent is contained in the exhaust gas. This consequently requires an additional introduction of reducing agent into the exhaust gas upstream of the further SCR catalytic converter 16 in order to be able to achieve a reduction in pollutants through this.

Als in Strömungsrichtung letzte Komponente beziehungsweise als fünfte Abgasnachbehandlungsvorrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist ein Sperrkatalysator 20 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um einen Oxidationskatalysator, der in dem weiteren SCR-Katalysator 16 nicht umgesetztes Reduktionsmittel umsetzt (insbesondere Ammoniak zu N2 und H2O), um ein Freisetzen dieses Reduktionsmittel in die Umgebung zu vermeiden.The last component in the flow direction or the fifth exhaust gas aftertreatment device of the exhaust gas aftertreatment device is a blocking catalyst 20th intended. This is an oxidation catalytic converter in the additional SCR catalytic converter 16 converts unreacted reducing agent (in particular ammonia to form N 2 and H 2 O) in order to avoid releasing this reducing agent into the environment.

Das Volumen des ersten SCR-Katalysators 12 ist im Vergleich zu sowohl dem gegebenenfalls als SCR-Katalysator wirksamen Partikelfilter 15 als auch im Vergleich zu dem weiteren SCR-Katalysator 16 deutlich kleiner dimensioniert. Dadurch soll nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein möglichst schnelles Erreichen der Anspringtemperatur dieses ersten SCR-Katalysators 12 und damit eine möglichst schnelle Reduzierung der in dem Abgas enthaltenen, zu reduzierenden Schadstoffe realisiert werden.The volume of the first SCR catalyst 12 is in comparison to the particle filter, which may act as an SCR catalytic converter 15th as well as in comparison to the other SCR catalytic converter 16 significantly smaller. As a result, after a cold start of the internal combustion engine, the light-off temperature of this first SCR catalytic converter should be reached as quickly as possible 12 and thus the fastest possible reduction in the pollutants contained in the exhaust gas to be reduced can be achieved.

Für eine solche möglichst schnelle Aufwärmung insbesondere des ersten SCR-Katalysators 12 ist ergänzend vorgesehen, die Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart in einem Heizbetrieb zu betreiben, indem gemäß der 2 zumindest eines, vorzugsweise beide der jedem der Brennräume 4 zugeordneten Auslassventile 9 mit einer deutlich kleineren Ventilöffnung betätigt werden, als dies gemäß einem Normalbetrieb vorgesehen ist (vgl. 3). Wird während des Heizbetriebs nur eines der Auslassventile 9 je Brennraum 4 mit einer relativ kleinen Ventilöffnung betätigt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das dazugehörige zweite Auslassventil 9 vollständig geschlossen gehalten wird.For warming up the first SCR catalytic converter as quickly as possible 12 it is additionally provided to operate the internal combustion engine in a heating mode after a cold start by, according to the 2 at least one, preferably both, of each of the combustion chambers 4th associated exhaust valves 9 can be operated with a significantly smaller valve opening than is provided for in normal operation (cf. 3 ). Will only one of the exhaust valves during heating operation 9 per combustion chamber 4th actuated with a relatively small valve opening, it can preferably be provided that the associated second outlet valve 9 is kept completely closed.

Die relativ kleine Ventilöffnung des oder der Auslassventile 9 der Brennräume 4 wird gemäß dem Ausgestaltungsbeispiel dadurch realisiert, dass zum einen der Öffnungsbeginn im Vergleich zu dem Normalbetrieb nach spät beziehungsweise näher in Richtung des LW-OT verschoben ist und zum anderen der Öffnungshub verkleinert ist, wohingegen das Öffnungsende im Vergleich zu dem Normalbetrieb gleich ist. Der verkleinerte Öffnungshub kann dabei auch eine Folge der dabei erzielten verringerten Öffnungsdauer sein, da ein gleichgebliebener Öffnungshub bei verringerter Öffnungsdauer zu unzulässig hohen Beschleunigungen der Auslassventile 9 führen könnte. Infolge des relativ späten Öffnungsbeginns der Öffnungsbewegung der Auslassventile 9 erfolgt in dem Ausstoßtakt zunächst noch (bei geschlossenen Auslassventilen 9) eine relativ starke Verdichtung der in den Brennräumen enthaltenen Abgase, womit bereits eine Erwärmung dieser Abgase verbunden ist. Werden die Auslassventile 9 dann geöffnet, strömt dieses relativ stark verdichtete Abgas durch die nur mit relativ kleinem Öffnungshub geöffneten Auslassventile 9, woraus hohe Strömungsgeschwindigkeiten resultieren, die zu einer weiteren Erwärmung des Abgases beitragen. Durch die Öffnung der Auslassventile 9 mit relativ kleiner Ventilöffnung wird folglich relativ heißes Abgas in den Abgasstrang abgeführt und damit ein möglichst schnelles Erwärmen insbesondere der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 11 und des ersten SCR-Katalysators 12 realisiert.The relatively small valve opening of the exhaust valve or valves 9 the combustion chambers 4th is realized according to the embodiment in that on the one hand the opening start is shifted late or closer in the direction of LW-OT compared to normal operation and on the other hand the opening stroke is reduced, whereas the opening end is the same compared to normal operation. The reduced opening stroke can also be a consequence of the reduced opening duration achieved, since an opening stroke that remains the same with a reduced opening duration leads to impermissibly high accelerations of the exhaust valves 9 could lead. As a result of the relatively late start of the opening movement of the exhaust valves 9 takes place in the exhaust stroke initially (with the exhaust valves closed 9 ) a relatively strong compression of the exhaust gases contained in the combustion chambers, which is already associated with a heating of these exhaust gases. Will the exhaust valves 9 then opened, this relatively strongly compressed exhaust gas flows through the exhaust valves, which are only opened with a relatively small opening stroke 9 This results in high flow velocities that contribute to further heating of the exhaust gas. Through the opening of the exhaust valves 9 consequently, with a relatively small valve opening, relatively hot exhaust gas is discharged into the exhaust system and thus the fastest possible heating, particularly of the first exhaust gas aftertreatment device 11 and the first SCR catalyst 12 realized.

Sobald eine ausreichende Erwärmung des ersten SCR-Katalysators 12 erreicht wurde, kann von dem Heizbetrieb zu dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine umgeschaltet werden, in dem sich gemäß der 3 die Öffnungsdauer für die Auslassventile 9 über den gesamten Ausstoßtakt erstreckt und zudem der Öffnungshub der Auslassventile 9 deutlich größer als im Heizbetrieb der Brennkraftmaschine ist. Dies dient dazu, die Ladungswechselarbeit im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 1 möglichst zu minimieren, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 1 auswirkt.As soon as sufficient heating of the first SCR catalytic converter 12 has been reached, can be switched from the heating mode to the normal mode of the internal combustion engine, in which according to the 3 the opening time for the exhaust valves 9 Extends over the entire exhaust stroke and also the opening stroke of the exhaust valves 9 is significantly larger than in the heating mode of the internal combustion engine. This serves to reduce the gas exchange work during normal operation of the internal combustion engine 1 To minimize as much as possible, which is beneficial to the efficiency and thus the fuel consumption of the internal combustion engine 1 affects.

Ein Umschalten zwischen dem Heizbetrieb und dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kann vorzugsweise mittels einer schaltbaren Nockenwelle erfolgen, die für jedes der Auslassventile 9 zwei unterschiedliche Nocken bereitstellt, wobei mittels einer Schaltvorrichtung alternativ jeweils einer dieser Nocken mit dem jeweiligen Auslassventil 9 in Wirkverbindung gebracht werden kann.Switching between heating operation and normal operation of the internal combustion engine can preferably take place by means of a switchable camshaft, which is used for each of the exhaust valves 9 provides two different cams, one of these cams alternately with the respective exhaust valve by means of a switching device 9 can be brought into operative connection.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
(Viertakt-)Verbrennungsmotor(Four-stroke) combustion engine
22
Zylindercylinder
33
HubkolbenReciprocating piston
44th
BrennraumCombustion chamber
55
FrischgasstrangFresh gas line
66
AbgasturbineExhaust gas turbine
77th
AbgasstrangExhaust system
88th
EinlassventilInlet valve
99
Auslassventiloutlet valve
1010
VentilbetätigungsvorrichtungValve actuation device
1111
erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Oxidationskatalysator / NOX-Speicherkatalysatorfirst exhaust gas aftertreatment device / oxidation catalytic converter / NO X storage catalytic converter
1212
zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung / erster SCR-Katalysatorsecond exhaust aftertreatment device / first SCR catalytic converter
1313
erste Dosiervorrichtungfirst dosing device
1414th
erste Mischvorrichtungfirst mixing device
1515th
dritte Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Partikelfilter / zweiter SCR-Katalysatorthird exhaust aftertreatment device / particulate filter / second SCR catalytic converter
1616
vierte Abgasnachbehandlungsvorrichtung / weiterer SCR-Katalysator / dritter SCR-Katalysatorfourth exhaust gas aftertreatment device / further SCR catalytic converter / third SCR catalytic converter
1717th
zweite Dosiervorrichtungsecond dosing device
1818th
MischvorrichtungMixing device
1919th
AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
2020th
fünfte Abgasnachbehandlungsvorrichtung / Sperrkatalysatorfifth exhaust aftertreatment device / slip catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102004016386 B4 [0002, 0007]DE 102004016386 B4 [0002, 0007]

Claims (12)

Brennkraftmaschine mit einem Viertakt-Verbrennungsmotor (1), der mindestens einen Brennraum (4) ausbildet, und mit einem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung integrierenden Abgasstrang (7) zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor (1), wobei ein Ausbringen von Abgas aus dem Brennraum (4) und in den Abgasstrang (7) mittels mindestens eines dem Brennraum (4) zugeordneten Auslassventils (9) steuerbar ist, wobei das Auslassventil (9) mittels einer Ventilbetätigungsvorrichtung (10) betätigbar ist, die derart ausgebildet ist, dass mittels dieser im Betrieb des Verbrennungsmotors (1) die Ventilöffnung des Auslassventils (9) während des Ausstoßtakts veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen ersten SCR-Katalysator (12) und einen zweiten SCR-Katalysator (15; 16) umfasst, wobei der erste SCR-Katalysator (12) stromauf des zweiten SCR-Katalysators (15; 16) angeordnet ist.Internal combustion engine with a four-stroke internal combustion engine (1) which forms at least one combustion chamber (4) and with an exhaust gas line (7) that integrates an exhaust gas aftertreatment device for discharging exhaust gas from the internal combustion engine (1), with exhaust gas being discharged from the combustion chamber (4 ) and can be controlled in the exhaust gas line (7) by means of at least one exhaust valve (9) assigned to the combustion chamber (4), wherein the exhaust valve (9) can be actuated by means of a valve actuation device (10) which is designed in such a way that it can be used to operate the Internal combustion engine (1) the valve opening of the exhaust valve (9) can be changed during the exhaust stroke, characterized in that the exhaust gas aftertreatment device comprises a first SCR catalyst (12) and a second SCR catalyst (15; 16), the first SCR catalyst (12) is arranged upstream of the second SCR catalytic converter (15; 16). Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (12) ein im Vergleich zu dem zweiten SCR-Katalysator (15; 16) kleineres Volumen aufweist.Internal combustion engine according to Claim 1 , characterized in that the first SCR catalytic converter (12) has a smaller volume compared to the second SCR catalytic converter (15; 16). Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des ersten SCR-Katalysators (12) zwischen 10% und 35%, vorzugsweise ca. 15%, des Volumens des zweiten SCR-Katalysators (15; 16) beträgt.Internal combustion engine according to Claim 1 or 2 , characterized in that the volume of the first SCR catalytic converter (12) is between 10% and 35%, preferably approx. 15%, of the volume of the second SCR catalytic converter (15; 16). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite SCR-Katalysator (15) als katalytisch beschichteter Partikelfilter (15) ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second SCR catalytic converter (15) is designed as a catalytically coated particle filter (15). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen dritten SCR-Katalysator (16) umfasst, der stromab des zweiten SCR-Katalysators (15) angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas aftertreatment device comprises a third SCR catalytic converter (16) which is arranged downstream of the second SCR catalytic converter (15). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest zwei der SCR-Katalysatoren (12, 15, 16) bezüglich der katalytisch wirksamen Materialen unterscheiden.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the SCR catalytic converters (12, 15, 16) differ with regard to the catalytically active materials. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Katalysator (12) einen Wirkungstemperaturbereich aufweist, der niedriger als der Wirkungstemperaturbereich des zweiten SCR-Katalysators (15; 16) und/oder des dritten SCR-Katalysators (16) liegt.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the first SCR catalytic converter (12) has an effective temperature range which is lower than the effective temperature range of the second SCR catalytic converter (15; 16) and / or the third SCR catalytic converter (16) . Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Bypass zu dem ersten SCR-Katalysator (12).Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized by a controllable bypass to the first SCR catalytic converter (12). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen NOX-Speicherkatalysator (11) und/oder einen Oxidationskatalysator (11) umfasst, der/die stromauf des ersten SCR-Katalysators (12) angeordnet ist/sind.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas aftertreatment device comprises an NO X storage catalytic converter (11) and / or an oxidation catalytic converter (11) which is / are arranged upstream of the first SCR catalytic converter (12). Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass temporär während eines Heizbetriebs der Brennkraftmaschine zur Erzielung einer relativ hohen Temperatur des aus dem Brennraum (4) ausgebrachten Abgases die während eines Ausstoßtakts des Verbrennungsmotors (1) erfolgende Ventilöffnung des Auslassventils (9) im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kleiner eingestellt wird.Method for operating an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that temporarily during a heating operation of the internal combustion engine to achieve a relatively high temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber (4) the valve opening of the exhaust valve (1) occurring during an exhaust cycle of the internal combustion engine (1) 9) is set smaller in comparison to normal operation of the internal combustion engine. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine das Auslassventil zwischen 70°KW vor LW-OT und 50°KW vor LW-OT geöffnet und zwischen 20°KW und 0°KW vor LW-OT geschlossen wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the exhaust valve is opened between 70 ° KW before LW-OT and 50 ° KW before LW-OT and is closed between 20 ° KW and 0 ° KW before LW-OT during the heating operation of the internal combustion engine. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heizbetriebs der Brennkraftmaschine der Öffnungshub des Auslassventils zwischen 1 mm und 2 mm beträgt.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the opening stroke of the exhaust valve is between 1 mm and 2 mm during the heating operation of the internal combustion engine.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004016386B4 (en) * 2004-04-02 2007-02-22 Audi Ag Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle, and device for carrying out such a method
WO2013095214A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Volvo Lastvagnar Ab Exhaust aftertreatment system and method for operating the system

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