DE102020003875A1 - Method for operating a gasoline engine within a hybrid electric motor vehicle to reduce consumption and emissions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors eines hybridelektrischen Kraftfahrzeugs in einem Katalysatorheizbetrieb zum gezielten Aufheizen wenigstens einer in einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei zum Durchführen des Katalysatorheizbetriebs ein Verstellen des Zündwinkels der Verbrennungskraftmaschine gegenüber während eines normalen Fahrbetriebs eingestellten Basiszündwinkeln nach spät unterbleibt, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine gezielt angehoben wird und eine maximale Ventilüberschneidung eingestellt wird (Schritt S2).The invention relates to a method for operating a gasoline engine of a hybrid-electric motor vehicle in catalytic converter heating mode for the targeted heating of at least one exhaust gas aftertreatment device arranged in an exhaust gas duct of the internal combustion engine through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow, with the ignition angle of the internal combustion engine being adjusted compared to that set during normal driving operation in order to carry out the catalytic converter heating mode Basic ignition angles are not retarded, the speed of the internal combustion engine is increased in a targeted manner and a maximum valve overlap is set (step S2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Ottomotors innerhalb eines hybridelektrischen Fahrzeugs mit einem elektrischen System, gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1. Das elektrische System umfasst dabei beispielsweise wenigstens oder genau eine elektrische Maschine, mittels welcher beispielsweise das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann oder der Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine manipuliert werden kann.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular the gasoline engine within a hybrid electric vehicle with an electrical system, according to the preamble of claim 1. The electrical system comprises, for example, at least or precisely one electrical machine, by means of which, for example, the motor vehicle is electrically driven or the load point of the internal combustion engine can be manipulated.
Derartige Verfahren zum Betreiben von Verbrennungskraftmaschinen während des Katalysatorheizbetriebs, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Katalysatorheizbetrieb zum gezielten Aufheizen wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben, welche in einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und demzufolge von dem Abgas durchströmbar ist. Mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann das Abgas nachbehandelt werden. Beispielsweise umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen Katalysator, welcher mittels des Katalysatorheizbetriebs gezielt aufgeheizt wird.Such methods for operating internal combustion engines during catalytic converter heating operation, in particular of motor vehicles, are already sufficiently known from the general prior art. In the method, the internal combustion engine is operated in a catalytic converter heating mode for the targeted heating of at least one exhaust gas aftertreatment device, which is arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow and consequently the exhaust gas can flow through it. The exhaust gas can be aftertreated by means of the exhaust gas aftertreatment device. For example, the exhaust gas aftertreatment device comprises at least one catalytic converter, which is heated in a targeted manner by means of the catalytic converter heating mode.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, und in Hinblick auf einen Betrieb innerhalb eines hybridelektrischen Kraftfahrzeugs dahingehend zu optimieren, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effizient und somit kraftstoffverbrauchs- und emissionsarm aufgeheizt und ein optimaler Betrieb hinsichtlich Verbrauch und Emissionen umgesetzt werden kann.The object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the beginning and to optimize it with regard to operation within a hybrid electric motor vehicle in such a way that the exhaust gas aftertreatment device is heated particularly efficiently and thus with low fuel consumption and emissions and optimum operation with regard to consumption and emissions can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effizient und somit besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarm aufgeheizt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Durchführung des Katalysatorheizbetriebs ein Verstellen des Zündwinkels der Verbrennungskraftmaschine nach spät unterbleibt, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine gezielt angehoben wird und eine maximale Ventilüberschneidung eingestellt wird und die Einstellung der Verbrennungsmotorlast über eine elektrische Maschine entsprechend erfolgt. Zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Kraftstoffeinspritzung möglichst früh alleinig in den Saughub erfolgt.In order to further develop a method of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that the exhaust gas aftertreatment device can be heated particularly efficiently and thus with particularly low fuel consumption and emissions, it is provided according to the invention that the ignition angle of the internal combustion engine is not retarded to carry out the catalyst heating operation, the speed of the internal combustion engine is increased in a targeted manner and a maximum valve overlap is set and the internal combustion engine load is adjusted accordingly via an electric machine. In addition, provision is made for fuel injection to take place as early as possible only in the intake stroke.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Üblicherweise wird mittels einer jeweiligen Betriebsstrategie zum Betreiben von beispielsweise als Hybridfahrzeugen ausgebildeten Kraftfahrzeugen, welche jeweils eine auch als Verbrennungsmotor bezeichneten und beispielsweise als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine aufweisen, versucht, die auch einfach als Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine größtenteils im Bereich hoher Effizienz, bezogen auf den Kraftstoffverbrauch, also außerhalb ihres Teillastbereichs zu betreiben. Der Kaltstart beziehungsweise der auch als Katalysatorheizen bezeichnete Katalysatorheizbetrieb stellt aus Effizienzsicht deshalb einen besonders kritischen Zeitpunkt dar. Wird das Katalysatorheizen vergleichbar zu einem konventionellen Fahrzeug ausgeführt, bei dem das Katalysatorheizen zwangsläufig bei niedriger Last und Drehzahl, zum Beispiel beim Starten, Ausparken oder Anfahren durchgeführt werden muss, resultieren daraus zwar vergleichbare Emissionen, jedoch auch ein sehr hoher, einfach auch als Verbrauch bezeichneter Kraftstoffverbrauch, da der Motor im ineffizienten Teillastbereich betrieben wird. Durch die niedrige Leistung des Motors haben sich verschiedene Verfahren etabliert, die eine schnelle Aufheizung der wenigstens genau einen Katalysator umfassenden Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglichen. Üblich ist es hierfür den Zündwinkel, also den Zeitpunkt zu dem die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt, gegenüber dem Zündwinkel des effizientesten Betriebs in Richtung spät zu verstellen, was die Reduzierung des Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine jedoch eine Erhöhung der Abgastemperatur zur Folge hat. Durch eine solche Erhöhung des Abgasenthalpiestroms kann die Aufheizzeit, also die Zeitspanne bis die Temperatur des Katalysators einen als Light-Off Temperatur bezeichneten Schwellwert überschreitet, verkürzt werden.The invention is based in particular on the following findings: Usually, by means of a respective operating strategy for operating motor vehicles designed as hybrid vehicles, for example, which each have an internal combustion engine, which is also known as an internal combustion engine and, for example, an Otto engine, an attempt is made to largely convert the internal combustion engine, which is also simply referred to as an engine Area of high efficiency, based on fuel consumption, i.e. to operate outside of their partial load range. The cold start or the catalytic converter heating mode, also known as catalytic converter heating, is therefore a particularly critical point in time from an efficiency point of view must result in comparable emissions, but also very high fuel consumption, also referred to simply as consumption, since the engine is operated in the inefficient partial load range. As a result of the low power of the engine, various methods have been established which enable the exhaust gas aftertreatment device comprising at least exactly one catalytic converter to be heated up quickly. For this purpose, it is usual to adjust the ignition angle, i.e. the point in time at which the ignition of the fuel-air mixture takes place, in the direction of retardation compared to the ignition angle of the most efficient operation, which, however, reduces the efficiency of the internal combustion engine but results in an increase in the exhaust gas temperature. Such an increase in the exhaust gas enthalpy flow can shorten the heating-up time, that is to say the period of time until the temperature of the catalytic converter exceeds a threshold value known as the light-off temperature.
Durch den im Fahrzeugstillstand bzw. beim Anfahren oder Ausparken resultierenden Niedriglastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine dauert hierbei das Katalysatorheizen selbst bei erhöhter Abgasenthalpie durch späten Zündzeitpunkt lange Wird in einem Hybridfahrzeug ein vergleichbarer Last- und Drehzahlbereich zum Katalysatorheizen gewählt können sich zusätzliche Nachteile ergeben: Da hierdurch der Arbeitspunkt des Verbrennungsmotors fixiert ist muss das geforderte Getriebeeingangsmoment durch Anpassung der elektrischen Maschine gestellt werden. Hierdurch ist ebenfalls der Lastpunkt der elektrischen Maschine festgesetzt und kann stark vom optimalen Betriebspunkt der eigentlich durch die Betriebsstrategie angestrebt wird abweichen. Folgen sind gegebenenfalls schlechte Wirkungsgrade des elektrischen Systems. Während des Niedriglastbetriebs bei niedriger Drehzahl und später Zündung wird bei Nockenwellenverstellsystemen (NW-Phasensteller) üblicherweise eine minimale Ventilüberschneidung eingestellt um dem Abgas möglichst wenig Enthalpie zu entziehen und eine Homogen-Split-Einspritzung (HSP-Einspritzung) mit einer im Vergleich zur Haupteinspritzung im Ansaugtakt zusätzlichen, kurzen Einspritzung direkt vor Zündung gewählt, um unter diesen Bedingungen eine stabile Verbrennung und somit eine hohe Laufruhe zu erhalten.Due to the low-load operation of the internal combustion engine when the vehicle is at a standstill or when starting up or leaving a parking space, the catalyst heating takes a long time even with increased exhaust gas enthalpy due to the late ignition point The operating point of the internal combustion engine is fixed, the required transmission input torque must be set by adapting the electrical machine. This also sets the load point of the electrical machine and can deviate significantly from the optimal operating point that is actually aimed at by the operating strategy. The consequences may be poor electrical system efficiency. During low-load operation at low engine speed and later ignition, a minimum valve overlap is usually set in camshaft adjustment systems (low-level phasers) in order to extract as little enthalpy as possible from the exhaust gas and homogeneous split injection (HSP injection) with a compared to the main injection in the intake stroke additional, short injection directly before ignition in order to obtain stable combustion and thus smooth running under these conditions.
Hybridelektrische Kraftfahrzeuge, deren Antriebsstrang neben dem Verbrennungsmotor mindestens eine elektrische Maschine aufweist, verfügen über die Möglichkeit, die Einstellung des Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine, abhängig von der Antriebskonfiguration zumindest teilweise, unabhängig von der Fahrleistung vorzunehmen. Hierzu sind beispielsweise die
Um den oben genannten Problemen entgegenzuwirken, ist es grundsätzlich bekannt und möglich, eine gezielte Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors zu realisieren, um damit einen erhöhten Abgasenthalpiestrom bereitzustellen. Überschüssige Leistung des Verbrennungsmotors kann zum Laden einer Batterie des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad des Systems, da der Abgasenthalpiestrom durch eine Anhebung der verbrennungsmotorischen Leistung erzeugt wird und nicht zwangsläufig eine Spätverstellung des Zündwinkels nötig ist. Problematisch hierbei sind jedoch insbesondere Stickoxid- (NOx-) und Partikelemissionen, die bei diesem Betrieb stark ansteigen. Dies ist beispielsweise aus der
Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können durch die Erfindung vermieden werden. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, das Katalysatorheizen bei erhöhter verbrennungsmotorischer Leistung durchzuführen, um auf eine Zündwinkelspätverstellung verzichten zu können. Hierzu ist eine gezielte Erhöhung der auch als Motordrehzahl bezeichneten Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise durch Anpassung einer Schaltstrategie, bei gleicher moderater Last der Verbrennungskraftmaschine sinnvoll, da sich dies im Vergleich zu einer Lastanhebung nicht negativ auf Stickoxid- und Partikelemissionen auswirkt. Unter der Schaltstrategie ist insbesondere eine Strategie zu verstehen, auf deren Basis Übersetzungsbeziehungsweise Gangwechsel in einem Getriebe des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Somit kann die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine durch entsprechende Anpassung der Schaltstrategie gezielt erhöht werden. Hierdurch kann aufgrund der höheren mechanischen Leistung bei noch gleichem Verbrennungsmotormoment bereits ein deutlich früherer Zündwinkel gewählt werden, woraus bereits ein höherer Wirkungsgrad resultiert. Zusätzlich wirkt sich ein früher Zündwinkel positiv auf die Partikelemissionen während des Kaltstarts aus, da sich dann die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine schneller aufheizen.The above-mentioned disadvantages and problems can be avoided by the invention. The aim of the invention is, in particular, to carry out the catalytic converter heating with increased internal combustion engine power in order to be able to dispense with an ignition angle retardation. For this purpose, a targeted increase in the engine speed, also referred to as the engine speed, of the internal combustion engine, for example by adapting a shift strategy, with the same moderate load on the internal combustion engine, since this does not have a negative effect on nitrogen oxide and particle emissions compared to a load increase. The shift strategy is to be understood in particular as a strategy on the basis of which gear ratio or gear changes are carried out in a transmission of the motor vehicle. The speed of the internal combustion engine can thus be increased in a targeted manner by adapting the shift strategy accordingly. As a result, due to the higher mechanical power, a significantly earlier ignition angle can be selected with the internal combustion engine torque still the same, which already results in a higher degree of efficiency. In addition, an early ignition angle has a positive effect on particle emissions during a cold start, since the combustion chambers of the internal combustion engine then heat up more quickly.
Um die Effizienz weiter zu erhöhen, kann in Abhängigkeit der Leistungsanforderung eine weitere Anhebung der verbrennungsmotorischen Last zielführend sein, um einen ineffizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in der Teillast zu vermeiden. Um hierbei die Emissionen niedrig halten zu können, ist eine hohe Restgasrate beziehungsweise Abgasrückführung zielführend:
- - Die Temperatur nach Einlassschluss wird durch die hohe Abgasrückführung angehoben. Hierdurch wird eine bessere Gemischaufbereitung bei noch kaltem Motor erreicht. Hierdurch sinken insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Partikeln.
- - Das Restgas fungiert als Inertgas und senkt somit die Spitzentemperatur im Brennraum. Hierdurch wird die Bildung von thermischen Stickoxiden (NOx) drastisch herabgesetzt
- - The temperature after the inlet closes is increased by the high level of exhaust gas recirculation. This results in better mixture preparation when the engine is still cold. This in particular reduces the emissions of unburned hydrocarbons (HC) and particles.
- - The residual gas acts as an inert gas and thus lowers the peak temperature in the combustion chamber. This drastically reduces the formation of thermal nitrogen oxides (NO x)
Wenn der Motor keine externe Abgasrückführung aufweist, bietet es sich deshalb an, die Ventilsteuerzeiten direkt nach Start auf maximale Überschneidung einzustellen, um eine hohe Restgasrate zu ermöglichen. Der Problematik einer erhöhten Laufunruhe im niedrigen Drehzahlbereich wird dabei durch die Drehzahlanhebung, z.B. basierend auf der geänderten Schaltstrategie, begegnet.If the engine does not have an external exhaust gas recirculation, it is therefore advisable to set the valve control times to maximum overlap immediately after starting in order to enable a high residual gas rate. The problem of increased uneven running in the low speed range is countered by increasing the speed, for example based on the changed shift strategy.
Durch diese beiden Anpassungen kann zusätzlich auf eine HSP-Einspritzung verzichtet werden. Eine Verbrennungsstabilisierung ist hierbei nicht mehr nötig, da das Katalysatorheizen, , nun außerhalb des leerlaufnahen Drehzahlbereichs durchgeführt wird. Eine alleinige Einspritzung in den Ansaugtakt ermöglicht weiter eine bessere Gemischaufbereitung und Absenkung der Emissionen von Partikeln und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Zusätzlich wird hierdurch das Risiko des Kraftstoffauftrags auf den kalten Kolben verhindert.With these two adaptations, an HSP injection can also be dispensed with. Combustion stabilization is no longer necessary here, since the catalyst heating,, is now carried out outside the speed range that is close to idling. Injection into the intake stroke alone enables better mixture preparation and lowering of the emissions of particles and unburned hydrocarbons. This also prevents the risk of fuel being applied to the cold piston.
Konventionelles Katalysatorheizen wird meistens bei magerem Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch stöchiometrisches Katalysatorheizen durchgeführt. Hierdurch ergibt sich eine weitere Absenkung der Stickoxid-Rohemissionen sowie eine bessere Konvertierung der Emissionen mithilfe des Katalysators durch den stöchiometrischen Betrieb. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben sich sehr niedrige Rohemissionen. Bereits einige Sekunden nach dem Start kann die Last auf hohe Lasten angehoben werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass dies bereits kurz vor Erreichen der als Anspringtemperatur bezeichneten Light-off-Temperatur des Katalysators erfolgen kann, sodass die Betriebsstrategie deutlich kürzer durch den Katalysatorheizbetrieb beeinflusst wird und ein kraftstoffoptimaler Betrieb zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads früher eingestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit eine Lastpunkteinstellung der Verbrennungskraftmaschine während des Katalysatorheizens, wobei die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise ein Ottomotor und Bestandteil eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs ist.Conventional catalytic converter heating is usually carried out with a lean combustion air ratio or air-fuel ratio. In the process according to the invention, however, stoichiometric catalyst heating is carried out. This results in a further reduction in the raw nitrogen oxide emissions and a better conversion of the emissions with the aid of the catalytic converter through stoichiometric operation. The measures according to the invention result in very low raw emissions. The load can be increased to high loads just a few seconds after starting. Investigations have shown that this can take place shortly before the light-off temperature of the catalytic converter, known as the light-off temperature, is reached, so that the operating strategy is influenced much more quickly by the catalytic converter heating operation and fuel-optimized operation can be set earlier to increase overall efficiency. The method according to the invention is thus a load point setting of the internal combustion engine while the catalytic converter is being heated, the internal combustion engine preferably being a gasoline engine and a component of a motor vehicle designed as a hybrid vehicle.
Die Erfindung kann insbesondere folgendermaßen zusammengefasst werden:
- - Drehzahlanhebung, beispielsweise durch Anpassung der Schaltstrategie:
- Erhöhung der mechanischen Leistung und damit des Abgasenthalpiestroms insbesondere über eine Erhöhung der Drehzahl und somit ohne eine Erhöhung der Stickoxid- und Partikelemissionen; hierdurch ist bereits kein später Zündwinkel mehr nötig, und es ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad.
- - In Abhängigkeit der Fahranforderungsleistung eine über die Drehzahlanhebung hinausgehende Anhebung der verbrennungsmotorischen Last zur Vermeidung des Teillastbetriebs und zu einer zusätzlichen Effizienzsteigerung.
- - maximale Ventilüberschneidung (hohe Restgasrate zur besseren Gemischaufbereitung bei kaltem Motor durch höhere Brennraumtemperatur nach Einlassschluss (Absenkung HC- und Partikel-Emissionen) und niedrigere Spitzentemperatur durch die Erhöhung des Inertgasanteils im Brennraum (Absenkung Bildung von thermischen Stickoxiden))
- - Weitere Emissionsreduktion durch:
- ◯ früher Zündwinkel: Absenkung von Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und von Partikelemissionen durch schnellere Brennraumaufheizung, bessere Gemischbildung
- o Stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch beziehungsweise Verbrennungsluftverhältnis: niedrigere Stickoxid-Rohemissionen und bessere Konvertierung des Katalysators
- ◯ keine HSP- sondern Saughubeinspritzung (Reduktion von Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Partikeln durch längere Gemischbildungsdauer und geringere Benetzung des Kolbens)
- - Lastanhebung in Abhängigkeit der jeweiligen Lastanforderung bei beziehungsweise kurz vor der Light-Off-Temperatur am Eingang des Katalysators zur weiteren Absenkung von CO2-Emissionen und Erhöhung des Wirkungsgrads
- - Speed increase, for example by adapting the shift strategy:
- Increasing the mechanical power and thus the exhaust gas enthalpy flow, in particular by increasing the speed and thus without increasing the nitrogen oxide and particle emissions; as a result, a later ignition angle is no longer necessary, and a higher degree of efficiency results.
- - Depending on the driving demand, an increase in the internal combustion engine load beyond the speed increase to avoid partial load operation and to increase efficiency.
- - Maximum valve overlap (high residual gas rate for better mixture preparation when the engine is cold due to higher combustion chamber temperature after the inlet closure (lowering of HC and particle emissions) and lower peak temperature due to the increase in the proportion of inert gas in the combustion chamber (lowering of the formation of thermal nitrogen oxides))
- - Further emission reduction through:
- ◯ earlier ignition angle: lowering of emissions of unburned hydrocarbons (HC) and particle emissions through faster combustion chamber heating, better mixture formation
- o Stoichiometric air-fuel mixture or combustion air ratio: lower raw nitrogen oxide emissions and better conversion of the catalytic converter
- ◯ No HSP injection but suction stroke injection (reduction of emissions of unburned hydrocarbons and particles due to longer mixture formation time and less wetting of the piston)
- - Load increase depending on the respective load requirement at or shortly before the light-off temperature at the inlet of the catalytic converter to further reduce CO 2 emissions and increase efficiency
Durch die Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden: Die benötigte Abgasenthalpie zum Aufheizen des Katalysators wird über die erhöhte mechanische Leistung dargestellt, anstelle des späten Zündwinkels zur Erhöhung der Abgasenthalpie (die Abgasenthalpie verhält sich in erster Näherung proportional zur mechanischen Leistung bei vergleichbaren Zündzeitpunkten). Hierdurch wird eine Zündwinkelspätverstellung vermieden, und das Katalysatorheizen wird deutlich effizienter hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen. Dadurch, dass die Leistung zunächst über die Drehzahl angehoben wird, ergeben sich deutlich geringere Stickoxid-Emissionen als bei gleichzeitiger oder alleiniger Lastanhebung. Durch die erhöhte Drehzahl kann der Motor mit Steuerzeiten, die zu einer maximalen Abgasrückführung führen, betrieben werden, wodurch sich die Stickoxid-Emissionen (NOx-Emission) stark absenken lassen, da die Brennraumspitzentemperatur durch den hohen Inertgasanteil sinkt. Der stöchiometrische Betrieb führt ebenfalls zu niedrigen NOx-Emissionen und zu einer besseren Konvertierung des beispielsweise als Drei-Wege-Katalysator ausgebildeten Katalysators.The invention enables the following advantages in particular to be achieved: The exhaust gas enthalpy required to heat up the catalytic converter is represented by the increased mechanical power, instead of the retarded ignition angle to increase the exhaust gas enthalpy (the exhaust gas enthalpy is, in a first approximation, proportional to the mechanical power at comparable ignition times) . This avoids retarding the ignition angle, and heating the catalytic converter becomes significantly more efficient with regard to fuel consumption and CO 2 emissions. The fact that the power is initially increased via the speed results in significantly lower nitrogen oxide emissions than with a simultaneous or sole increase in load. Due to the increased speed, the engine can be operated with control times that lead to maximum exhaust gas recirculation, which means that nitrogen oxide emissions (NO x emissions) can be greatly reduced, since the peak combustion chamber temperature drops due to the high proportion of inert gas. The stoichiometric operation also leads to low NO x emissions and a better conversion of the catalytic converter, which is designed, for example, as a three-way catalytic converter.
Durch die inaktive HSP-Einspritzung beziehungsweise nur alleinige frühzeitige Einspritzung in den Ansaughub verlängert sich die verfügbare Zeit zur Gemischaufbereitung. Durch die hohe Abgasrückführrate und daraus resultierenden höhere Brennraumtemperaturen (die Temperatur bei der Kompression ist erhöht, jedoch die Spitzentemperatur durch den hohen Inertgasanteil stark gesenkt) wird ebenfalls eine bessere Gemischaufbereitung bei kaltem Motor erreicht. Hierdurch sinken ebenfalls die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC-Emissionen) und die Partikel-Emissionen. Dadurch, dass das Katalysatorheizen bei vergleichsweise hoher mechanischer Leistung, zunächst nur über die erhöhte Drehzahl und anschließend über einen zusätzlichen positiven Drehmomentengradienten, durchgeführt wird, ergibt sich eine deutlich verringerte Dauer des Katalysatorheizbetriebs. Die Betriebsstrategie wird nur in geringem Maße beeinflusst und kann deutlich früher einen kraftstoffeffizienten Betriebspunkt wählen. Das Katalysatorheizen kann auch ohne Momentenrampe nach den ersten 7 bis 8 Sekunden durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich ein noch niedrigeres Emissionsniveau bei leichtem Verbrauchs- und Zeitnachteil. Ergebnisse gegenüber der Referenzeinstellung (Überstöchiometrisch bei Lambda = 1,07, HSP-Einspritzung aktiv, minimale Überschneidung, Zündwinkelwirkungsgrad von rund 55 bis 65 Prozent, Last konstant bei rund 30 Prozent Saugmotorvolllast) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Das Verfahren sieht beispielsweise eine mechanische Verbrennungsmotorleistung von rund 20 Kilowatt vor, kann also auch bei 48-Volt-HEV (HEV - hybridelektrisches Fahrzeug) im Fahrbetrieb durchgeführt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Flussdiagram zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem Katalysatorheizbetrieb.The single figure of the drawing shows a flow diagram to illustrate a method according to the invention for operating an internal combustion engine of a motor vehicle in a catalytic converter heating mode.
Im Folgenden wird anhand der einzigen Fig. ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem Katalysatorheizbetrieb beschrieben. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. Erforderlicherweise ist das Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug, welches die Verbrennungskraftmaschine und wenigstens oder genau eine elektrische Maschine aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine wird auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnet, wobei das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine verbrennungsmotorisch angetrieben oder die Batterie geladen werden kann. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise mittels der elektrischen Maschine elektrisch antreibbar sein. Der Katalysatorheizbetrieb wird auch als Katheizbetrieb, Katalysatorheizen oder Katheizen bezeichnet und wird zum gezielten Aufheizen wenigstens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung durchgeführt. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, deren Abgastrakt von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst beispielsweise wenigstens einen Katalysator, welcher beispielsweise als ein Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei Brennräume auf, in welchen während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Aus den Verbrennungsvorgängen resultiert das zuvor genannte Abgas. Beispielsweise laufen während des Katalysatorheizens in den Brennräumen Verbrennungsvorgänge ab.A method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle in a catalytic converter heating mode is described below with reference to the single figure. The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle. The motor vehicle is necessarily a hybrid vehicle which has the internal combustion engine and at least or precisely one electrical machine. The internal combustion engine is also referred to as an engine or internal combustion engine, whereby the motor vehicle can be driven by the internal combustion engine or the battery can be charged. The motor vehicle can, for example, be electrically drivable by means of the electrical machine. The catalyst heating mode is also referred to as a catalyst heating mode, catalyst heating or catalyst heating and is carried out for the targeted heating of at least one exhaust gas aftertreatment device. The exhaust gas aftertreatment device is arranged in an exhaust gas tract of the internal combustion engine, the exhaust gas tract of which can be flowed through by exhaust gas from the internal combustion engine. The exhaust gas aftertreatment device comprises, for example, at least one catalytic converter, which is designed, for example, as a three-way catalytic converter. The internal combustion engine has combustion chambers in which combustion processes take place during a fired operation of the internal combustion engine. The aforementioned exhaust gas results from the combustion processes. For example, combustion processes take place in the combustion chambers while the catalyst is being heated.
Bei einem ersten Schritt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- S1S1
- Erster SchrittFirst step
- S2S2
- Zweiter SchrittSecond step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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