DE102020110163A1 - Vorkammerbrennkraftmaschine und deren Kaltstartbetrieb - Google Patents

Vorkammerbrennkraftmaschine und deren Kaltstartbetrieb Download PDF

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Reinhard Aschenbrenner
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (30) für eine Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskatalysator (2), dazu eingerichtet: einen Betriebszustand (32) der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge in einen Zylinder (4) der Brennkraftmaschine und/oder einen Zündzeitpunkt (38) des Zylinders in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand zu ermitteln und/oder anzusteuern, und/oder den Abgasen des Zylinders eine Sekundärluftmasse (36) zuzuführen, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (1) und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Vorkammer-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskatalysator und eine solche Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit einer Vorkammer und einem Abgaskatalysator.
  • Bekannte Vorkammermotoren sind im Vergleich zu konventionellen Zündkerzenmotoren in ihrem Betriebsfenster bei niedrigen Lasten und/oder kalten Temperaturen sowie allgemein bei späten Schwerpunktlagen eingeschränkt.
  • Späte Zündwinkel (und damit späte Schwerpunktlagen), die zum Katalysatorheizen bei einem Kaltstart benötigt werden, um auf diese Weise einen möglichst einen hohen Enthalpiestrom auf den Katalysator zu erzeugen, sind nicht einstellbar: denn in diesen Fällen kann es zu Zündaussetzern kommen.
  • Der Grund hierfür ist, dass sich wegen des dort erschwerten Gasaustauschs in der Vorkammer hohe Restgasanteile befinden, die das Gemisch schwer zündbar machen. Insbesondere bei späten Zündwinkeln verschlechtern sich die Zündbedingungen aufgrund sinkender Temperatur und sinkenden Drucks in der Brennkammer und durch das expandierende Restgas in der Vorkammer weiter.
  • Die zündungsgekoppelte Einspritzung, die bei vielen Zündkerzenmotoren gegenwärtig Anwendung findet, kann das geschilderte Problem bekannter Vorkammerbrennverfahren nicht lösen.
  • Ein Katalysatorheizbetrieb stellt bei Vorkammermotoren folglich aufgrund der späten Zündwinkel, teilweise in der Expansionsphase des Zylinders, eine besondere Herausforderung dar. Die schlechten Zündbedingungen führen in der Vorkammer häufig zu Zündaussetzern oder lassen sich überhaupt nicht einstellen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorkammerbrennkraftmaschine bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Vorkammerbrennkraftmaschine zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, Katalysatorheizen beim Kaltstart auch für eine Vorkammerbrennkraftmaschine, insbesondere für einen PKW, zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1, eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 6 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Steuervorrichtung für eine Vorkammer-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskatalysator bereitgestellt.
  • Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet: (a) einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs zu ermitteln; und/oder (b) eine Kraftstoffeinspritzmenge in einen Zylinder der Brennkraftmaschine und/oder einen Zündzeitpunkt, insbesondere einen Kurbelwinkel als Zündzeitpunkt, des Zylinders in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand zu ermitteln und/oder anzusteuern; und/oder (c) den Abgasen des Zylinders eine Sekundärluftmasse zuzuführen, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator ein stöchiometrisches Gemisch zugeführt wird.
  • Dadurch kann das Gemisch in der Vorkammer und gegebenenfalls auch in der Brennkammer angefettet werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Zündfähigkeit führt und auch späte Zündwinkel mit einer Vorkammer zulässt, weil im Gegenzug entsprechend mehr Oxidator vor dem motornahen Katalysator zugeführt wird, um den Kraftstoffüberschuss im Abgas zu kompensieren.
  • Insbesondere ist für eine möglichst schnelle Katalysatorheizung auch eine erhebliche Anfettung bis zu Lambda < 0,75 denkbar, wenn ausreichend Sekundärluft zugeführt werden kann, um den entsprechenden Überschuss unverbrannter Kohlenwasserstoffe in den Abgasen im Sinne eines stöchiometrischen Betriebs des Abgaskatalysators zu kompensieren.
  • Der Zündzeitpunkt wird vorliegend insbesondere durch einen Kurbelwinkel einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine definiert, zu welchem die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder durch die Steuervorrichtung, insbesondere mittels einer Zündkerze, ausgelöst wird.
  • Unter einem stöchiometrischen Gemisch ist vorliegend insbesondere ein Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff im Luft-Kraftstoff-Gemisch relativ zum stöchiometrisch idealen Verhältnis für einen theoretisch vollständigen Verbrennungsprozess zu verstehen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgaskatalysator bereitgestellt, aufweisend (A) wenigstens einen Zylinder mit einer Vorkammer, in welcher eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches vorgesehen, und in der gemäß einer Ausführung ein Zündkopf einer Zündkerze des Zylinders angeordnet ist; und/oder (B) eine Luftzuführung zur Versorgung des Zylinders mit Frischgas; und/oder (C) eine Abgasabführung zur Führung von Abgasen aus dem Zylinder hin zu dem Abgaskatalysator; und/oder (D) eine Sekundärluftzuleitung, die dazu eingerichtet ist, der Abgasabführung, insbesondere stromaufwärts des Abgaskatalysators, Frischgas zuführen; und/oder (E) eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • Unter einer Abgasabführung ist vorliegend insbesondere ein Abgaskrümmer und/oder eine Abgasleitung zu verstehen, die den Zylinderausgang an den Auslassventiten mit dem Abgaskatalysator verbindet.
  • Unter einer Luftzuführung ist vorliegend insbesondere ein Frischluftsaugrohr oder eine Ladeluftleitung und/oder eine AGR-Leitung zu verstehen.
  • Unter einer Sekundärluftleitung kann vorliegend insbesondere eine Luftleitung der Abgasanlage verstanden werden, die in den Abgasstrom, insbesondere in eine Abgasleitung, mündet. Die Sekundärluftleitung erstreckt sich insbesondere ausgehend von einer Ladeluftleitung (in einem Bereich zwischen einem Verdichter und einem Ladeluftkühler).
  • Der Abgaskatalysator ist insbesondere ein, insbesondere motornaher, Oxidationskatalysator, beispielsweise ein, insbesondere geregelter, Dreiwege-Katalysator.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit einer Vorkammer und mit einem Abgaskatalysator bereitgestellt, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: (i) Ermitteln eines Kaltstart-Betriebszustands der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs; und/oder (ii) Erhöhen einer Kraftstoffeinspritzmenge in wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und/oder verzögern eines Zündzeitpunktes des wenigstens einen Zylinders; und/oder (iii) Zuführen einer Sekundärluftmasse zu den Abgasen des Zylinders, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator ein stöchiometrisches Gemisch zugeführt wird.
  • Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, eine Sekundärlufteinblasung nach dem/den Zylinder(n), beispielsweise in den Krümmer, und vor den Abgaskatalysator vorzusehen. Diese ermöglicht, die Brennkammer anzufetten (also ein unterstöchiometrisches Gemisch mit Lambda < 1 zu verbrennen), indem beispielsweise über die Direkteinspritzung mehr Kraftstoff eingebracht wird und/oder über eine zweite Einspritzung lokal vor der Vorkammer das Gemisch deutlich angereichert wird. Da der Katalysator, insbesondere ein Drei-Wege-Katalysator, nur bei einem stöchiometrischen Gemisch theoretisch Edukt-frei konvertiert, muss dem fetten Abgas zusätzlich Sauerstoff beigemischt werden, was mittels der Zuführung der Sekundärluft in die Abgasabführung geschieht. Die Anreicherung des Gemisches in der Brennkammer und damit ggf. in der Vorkammer führt zu einer erheblichen Verbesserung der Zündfähigkeit und lässt auch späte Zündwinkel mit einer Vorkammer zu.
  • Gemäß einer Ausführung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, als Betriebszustand einen Kaltstart der Brennkraftmaschine zu ermitteln und bei ermitteltem Kaltstart-Betriebszustand den Zündzeitpunkt im Zylinder zu verzögern und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen und/oder in Abhängigkeit von einem Maß der Verzögerung und/oder von einem Maß der Erhöhung die zugeführte Sekundärluftmasse zu erhöhen.
  • Dadurch kann ein Katalysatorheizbetrieb realisiert werden, wenn beispielsweise aufgrund einer Ermittlung einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente (wie zum Beispiel eines Katalysators) und/oder einer Außentemperatur und/oder einer Abstellzeit des Kraftfahrzeugs ein Kaltstart der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
  • Beispielsweise wird der Katalysatorheizbetrieb dann nicht mehr angesteuert, wenn seit dem Start des Motors eine vorbestimmte Zeit vergangen ist (insbesondere sodass von einer ausreichend hohen Temperatur des Katalysators sicher ausgegangen werden kann) und/oder eine ausreichende Temperatur des Katalysators direkt gemessen und/oder mittels eines Betriebsmodells ermittelt wird.
  • Zur Ermittlung eines Kaltstart-Betriebszustand können beispielsweise die relevanten Temperaturen - direkt mittels Sensoren und/oder indirekt mittels eines Modells - ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können aber auch indirekte Parameter dazu herangezogen werden, einen Katalysatorheizungsbetrieb zu ermitteln: beispielsweise kann ein Katalysatorheizbetrieb angenommen werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann der Katheizbetrieb auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.
  • Unter einem Maß der Verzögerung des Zündzeitpunkts ist vorliegend insbesondere zu verstehen, um wieviel niedriger ein Druck und/oder eine Temperatur des Zündgemischs in der Vorkammer zum verzögerten Zündzeitpunkt sind, verglichen mit beispielsweise den Druck- und/oder Temperaturverhältnissen bei einer Zündung kurz vor oder am oberen Umkehrpunkt des Zylinders.
  • Unter einem Maß der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge ist vorliegend insbesondere zu verstehen, wieviel mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe nach der Verbrennung in den Abgasen verbleiben, verglichen mit beispielsweise einem Wert bei nicht an einen Kaltstart angepasster Kraftstoffeinspritzmenge und ansonsten zumindest im Wesentlichen identischem Lastfall der Brennkraftmaschine.
  • Gemäß einer Ausführung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den Zündzeitpunkt zu verzögern und die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen und in Abhängigkeit von dem Maß der Verzögerung und dem Maß der Erhöhung die zugeführte Sekundärluftmasse zu erhöhen.
  • Dadurch kann die Steigerung der Masse an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas und die Steigerung der Luft- und damit Oxidatormasse mittels der Sekundärluft aufeinander abgestimmt werden.
  • Insbesondere wird der Kraftstoff mittels eines Einspritzventils jenseits der Vorkammer in die Brennkammer des Zylinders direkt eingespritzt.
  • Gemäß einer Ausführung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, eine Zündfähigkeit des Zylinders zu ermitteln und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge nur dann zu erhöhen, wenn eine ausreichende Zündfähigkeit nicht vorliegt und/oder zweifelhaft ist, insbesondere nur dann, wenn ein Betriebszustand ermittelt wird, der durch eine instabile oder ausbleibende Verbrennung im Zylinder gekennzeichnet ist. Eine ausreichende, nicht ausreichende oder zweifelhafte Zündfähigkeit kann beispielsweise durch Auslesen aus einem Motorbetriebsmodell in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand (der ebenfalls in dem Motorbetriebsmodells hinterlegt ist) ermittelt werden. Dadurch kann die Anfettung und die Anwendung der Sekundärluft auf diejenigen Betriebsfälle reduziert werden, in denen sie nötig ist.
  • Die instabile oder ausbleibende Verbrennung kann beispielsweise mittels eines Motorbetriebsmodells in Abhängigkeit von Verbrennungsparametern und/oder mittels einer geeigneten Sensierung von Verbrennungsparametern, insbesondere mittels geeigneter Sensorik, ermittelt werden.
  • Gemäß einer Ausführung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, eine Einspritzung des Kraftstoffes auf zwei Einspritzzeitpunkte zu verteilen.
  • Dies kann zu einem besseren Katalysatorheizbetrieb beitragen, insbesondere indem der Vorkammer durch eine zweite Einspritzung ein fetteres Gemisch zugeführt wird als dem nicht separierten Teil der Brennkammer des Zylinders, insbesondere zum Zündzeitpunkt.
  • Gemäß einer Ausführung weist/weisen der/die Zylinder der Brennkraftmaschine, ggf. jeweils, eine Kraftstoffeinspritzung auf, die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff in eine Brennkammer des Zylinders jenseits der Vorkammer einzuspritzen.
  • Dadurch kann die Vorkammer passiv und damit sehr einfach aufgebaut sein. Insbesondere bei PKW-Motoren sind die Vorkammern sehr klein, sodass eine aktive Ausführung mit eigener Einspritzung sehr komplex ist, insbesondere auch vor dem Hintergrund der im Vergleich mit größeren Motoren sehr hohen Drehzahlen.
  • Gemäß einer Ausführung weist die Brennkraftmaschine eine Sekundärluftpumpe auf, die an der Sekundärluftzuleitung angeordnet und/oder mittels der Steuereinrichtung zum Zuführen von Sekundärluft in die Abgasführung ansteuerbar ist.
  • Dadurch kann die benötigte Sekundärluftmasse zugeführt werden. Die Steuervorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Sekundärluftpumpe derart anzusteuern, dass die in der jeweiligen Situation benötigte Sekundärluftmasse der Abgasführung zugeleitet wird.
  • Gemäß einer Ausführung zweigt die Sekundärluftzuleitung von der Luftzuführung ab.
  • So kann das Frischgas für die Verbrennung ebenso wie die Sekundärluft mit einem einzigen Lufteinlass bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführung weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder auf, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder den/die Einspritzzeitpunkt(e) und/oder den Zündzeitpunkt gleich laufend für alle Zylinder oder separat und/oder unterschiedlich für unterschiedliche Zylinder anzusteuern.
  • Dies ermöglicht eine Anwendung der Erfindung auch bei Brennkraftmaschinen, die mit temporärer Zylinderabschaltung betrieben werden.
  • Insbesondere weist gemäß dieser Ausführung die Brennkraftmaschine zwei, drei, vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder auf.
  • Gemäß einer Ausführung ist die gesamte Überfettung der Abgase aller Zylinder mittels der Zuführung von Sekundärluft durch die Steuervorrichtung ausgleichbar.
  • Damit reicht eine einzige Sekundärluftzuleitung für alle Zylinder aus.
  • Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
    • 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einer Luftzuführung, einer Abgasabführung, einer Sekundärluftzuleitung, einem Abgaskatalysator sowie einer Steuervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
    • 2 zeigt ein Diagramm des Druckverlaufs in dem Zylinder aus 1, eingezeichnet über den Kurbelwinkel.
  • In 1 ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgaskatalysator 2 dargestellt. Der Ausschnitt zeigt einen Zylinder 4 von mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine 1.
  • Alle Zylinder - so auch der dargestellte Zylinder 4 - weisen jeweils eine Vorkammer 6 und eine Brennkammer 8 auf. Die Vorkammer 6 ist außerhalb der Brennkammer 8 am Zylinderkopf angeordnet. Das von der Vorkammer 6 abgegrenzte Volumen ist mit dem durch die Brennkammer 8 abgegrenzten Volumen mittels einer Ausnehmung an der Begrenzungswandung der Brennkammer 8 des Zylinderkopfes verbunden.
  • In der Vorkammer 6 ist ein Zündkopf einer Zündkerze 10 des Zylinders 4 angeordnet. Die Zündkerze 10 ist dazu eingerichtet, eine in der Vorkammer befindliches Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden.
  • In der Brennkammer 8 jenseits der Vorkammer 6 ist ein Einspritzkopf einer Kraftstoffeinspritzung angeordnet, die als Einspritzventil 12 ausgebildet ist. Das Einspritzventil 12 ist dazu eingerichtet, Kraftstoff in die Brennkammer 8 des Zylinders jenseits der Vorkammer 6 einzuspritzen.
  • Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Luftzuführung 14 zur Versorgung des Zylinders 4 (und der anderen Zylinder - im Ausführungsbeispiel insgesamt vier Zylinder, wobei die anderen drei Zylinder symbolisch gestrichelt dargestellt sind) mit Frischgas (also aus der Umgebung durcheinen Luftfilter 15 angesaugter Luft) auf, und eine Abgasabführung 16 zur Führung von Abgasen aus den Zylindern hin zu dem Abgaskatalysator 2.
  • Unter einer Umgehung der Zylinder ist die Luftzuführung 14 stromabwärts des Luftfilters 15 mit der Abgasabführung 16 mittels einer Sekundärluftzuleitung18 verbunden, die dazu eingerichtet ist, der Abgasabführung 16 stromaufwärts des Abgaskatalysators 2 Frischgas zuzuführen. Dazu ist in der Sekundärluftzuleitung18 ist eine Sekundärluftpumpe 20 angeordnet.
  • Ferner weist die Brennkraftmaschine 1 eine Steuervorrichtung 30 auf, die dazu eingerichtet ist, anhand geeigneter Parameter wie beispielsweise einer Motortemperatur und/oder einer Abstelldauer und einer Außentemperatur einen Kaltstart-Betriebszustand 32 des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
  • Ferner ist die Steuervorrichtung 30 dazu eingerichtet, eine geeignete Kraftstoffeinspritzmenge in den Zylinder 4 und/oder einen oder zwei oder mehrere geeignete Einspritzzeitpunkte 34 bzw. 34.2 (vgl. 2) des Zylinders 4 für den Kaltstart-Betriebszustand 32 zu ermitteln und anschließend anzusteuern, wenn ein solcher ermittelt wird.
  • Zudem ist die Steuervorrichtung 30 zumindest während des Kaltstart-Betriebszustands 32 dazu eingerichtet, den Abgasen des Zylinders 4 und der anderen Zylinder eine Sekundärluftmasse 36 zuzuführen, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator 2 ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird.
  • Damit kann ein angefetteter Betrieb des Zylinders 4 (oder aller Zylinder) angesteuert und trotzdem eine optimale Abgasreinigung erzielt werden.
  • Wenn die Steuervorrichtung 30 als Betriebszustand einen Kaltstart der Brennkraftmaschine ermittelt hat, kann beispielsweise der Zündzeitpunkt 38 im Zylinder verzögert und die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht sowie in Abhängigkeit von einem Maß der Verzögerung und von einem Maß der Erhöhung die zugeführte Sekundärluftmasse 36 erhöht werden.
  • Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, den angefetteten Betrieb nur dann anzusteuern, wenn ein Betriebszustand ermittelt wird, der durch eine instabile oder ausbleibende Verbrennung in wenigstens einem der Zylinder gekennzeichnet ist. Ob ein solcher Betriebszustand vorliegt, kann beispielsweise fachmännisch aus einem Motorbetriebsmodell ausgelesen werden.
  • Die Steuervorrichtung 30 ist im Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die gesamte Überfettung der Abgase aller Zylinder mittels der Zuführung einer geeigneten Sekundärluftmasse 36 auszugleichen.
  • Mit der Steuervorrichtung 30 kann daher ein Verfahren nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung durchgeführt werden.
  • Dabei wird zunächst ein Kaltstart-Betriebszustand 32 der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Kraftfahrzeugs ermittelt. Solange dieser Betriebszustand anhält, wird eine Kraftstoffeinspritzmenge in wenigstens einen Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 erhöht und ein Zündzeitpunkt 38 des wenigstens einen Zylinders verzögert, um eine späteren Schwerpunktlage der Verbrennung und damit heißere Abgase am Abgaskatalysator 2 zu erreichen. Gleichzeitig (exakter formuliert: zeitlich darauf abgestimmt) wird eine Sekundärluftmasse 36 zu den Abgasen des Zylinders 4 zugeführt, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator 2 ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt werden kann.
  • In 2 ist ein Diagramm eines Verlaufs 40 des Drucks p (in bar) in dem Zylinder aus 1 über den Kurbelwinkel KW (in Grad) eingezeichnet.
  • Der dargestellte Druckverlauf 40 bezieht sich auf die Verhältnisse während eines Kaltstart-Betriebszustands 32. In diesem Betriebszustand 32 sind zu den nachfolgend beschriebenen Zeitpunkten (entsprechend Kurbelwinkeln KW) Kraftstoff-Einspritzungen bzw. die Zündung des Gemischs vorgesehen:
    • Bei ca. -300° KW ist ein erster Einspritzzeitpunkt 34 vorgesehen, an welchem eine erste Kraftstoffmenge in der Brennkammer 8 eingespritzt wird. Diese kann sich in der Brennkammer verteilen, bis zu einem zweiten Einspritzzeitpunkt 34 bei ca. - 120° KW die restliche, zweite Kraftstoffmenge in die Brennkammer 8 eingespritzt wird. Diese wird bis zu einem Zündzeitpunkt 38 bei ca. 25° KW so verwirbelt, dass sich in der Vorkammer 6 ein überfettes Gemisch bildet.
  • Dieses kann zuverlässig gezündet werden, obwohl - wie dem Druckverlauf 40 entnommen werden kann - zum Zündzeitpunkt 38 die Druckbedingungen nicht mehr optimal sind, weil nur noch ca. die Hälfte des Maximaldrucks am oberen Totpunkt der Zylinderkolben-Bewegung in der Brennkammer 8 und damit auch in der Vorkammer 6 vorliegt.
  • Die auf diese Art in die Abgasabführung 18 entweichenden, fetten Abgase werden mit der zugeführten Sekundärluftmasse 36 durchmischt und anschließend dem Abgaskatalysator 2 zugeführt, der daher im stöchiometrischen Betrieb eine optimale Abgasnachbehandlung ausführen kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Abgaskatalysator
    4
    Zylinder
    6
    Vorkammer
    8
    Brennkammer
    10
    Zündkerze
    12
    Einspritzventil
    14
    Luftzuführung
    15
    Luftfilter
    16
    Abgasabführung
    18
    Sekundärluftzuleitung
    20
    Sekundärluftpumpe
    30
    Steuervorrichtung
    32
    Kaltstart-Betriebszustand
    34
    Einspritzzeitpunkt
    36
    Sekundärluftmasse
    38
    Zündzeitpunkt
    40
    Druckverlauf
    p
    Druck in der Brennkammer
    KW
    Kurbelwinkel

Claims (12)

  1. Steuervorrichtung (30) für eine Vorkammer-Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskatalysator (2), dazu eingerichtet: - einen Betriebszustand (32) der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, - eine Kraftstoffeinspritzmenge in einen Zylinder (4) der Brennkraftmaschine und/oder einen Zündzeitpunkt (38) des Zylinders in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand zu ermitteln und/oder anzusteuern, - den Abgasen des Zylinders eine Sekundärluftmasse (36) zuzuführen, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird.
  2. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dazu eingerichtet, als Betriebszustand einen Kaltstart der Brennkraftmaschine zu ermitteln und bei ermitteltem Kaltstart-Betriebszustand (32) den Zündzeitpunkt im Zylinder zu verzögern und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen und/oder in Abhängigkeit von einem Maß der Verzögerung und/oder von einem Maß der Erhöhung die zugeführte Sekundärluftmasse zu erhöhen.
  3. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, dazu eingerichtet, den Zündzeitpunkt zu verzögern und die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen und in Abhängigkeit von dem Maß der Verzögerung und dem Maß der Erhöhung die zugeführte Sekundärluftmasse zu erhöhen.
  4. Steuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dazu eingerichtet, eine Zündfähigkeit des Zylinders zu ermitteln und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge nur dann zu erhöhen, wenn eine ausreichende Zündfähigkeit nicht vorliegt.
  5. Steuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dazu eingerichtet, eine Einspritzung des Kraftstoffes auf zwei Einspritzzeitpunkte (34.1, 34.2) zu verteilen.
  6. Brennkraftmaschine (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgaskatalysator (2), aufweisend - wenigstens einen Zylinder (4) mit einer Vorkammer (6), in welcher eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches vorgesehen ist, - eine Luftzuführung (14) zur Versorgung des Zylinders mit Frischgas, - eine Abgasabführung (16) zur Führung von Abgasen aus dem Zylinder hin zu dem Abgaskatalysator, - eine Sekundärluftzuleitung (18), die dazu eingerichtet ist, der Abgasabführung Frischgas zuführen, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder eine Kraftstoffeinspritzung (12) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff in eine Brennkammer des Zylinders jenseits der Vorkammer einzuspritzen.
  8. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Sekundärluftpumpe (20), die an der Sekundärluftzuleitung angeordnet und/oder mittels der Steuereinrichtung zum Zuführen von Sekundärluft in die Abgasführung ansteuerbar ist.
  9. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzuleitung von der Luftzuführung abzweigt.
  10. Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere Zylinder, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder den/die Einspritzzeitpunkt(e) und/oder den Zündzeitpunkt gleich laufend für alle Zylinder oder separat und/oder unterschiedlich für unterschiedliche Zylinder anzusteuern.
  11. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesamte Überfettung der Abgase aller Zylinder mittels der Zuführung von Sekundärluft durch die Steuervorrichtung ausgleichbar ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Zylinder (4) mit einer Vorkammer (6) und mit einem Abgaskatalysator (2), aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: - Ermitteln eines Kaltstart-Betriebszustands (32) der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, - Erhöhen einer Kraftstoffeinspritzmenge in wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und/oder verzögern eines Zündzeitpunktes (38) des wenigstens einen Zylinders, - Zuführen einer Sekundärluftmasse (36) zu den Abgasen des Zylinders, die so bemessen ist, dass dem Abgaskatalysator ein stöchiometrisches Gemisch zugeführt wird.
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