DE102021209420A1 - Method for operating an internal combustion engine with at least one catalytic converter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Katalysator, der stromab der Brennkraftmaschine angeordnet ist, umfassend, in einem Aufheizzeitraum, ein Einbringen von Kraftstoff ein einen Brennraum der Brennkraftmaschine (210), ein Einstellen eines frühen Zündwinkels (α2) in einem Brennraumheizmodus (H2) und ein Einstellen eines späten Zündwinkels (α1) in einem Katalysatorheizmodus (H1), und ein Zünden des Kraftstoffs in dem Brennraum zu dem eingestellten Zündwinkel (α1, α2). Ferner werden eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens (100) vorgeschlagen.The invention relates to a method (100) for operating an internal combustion engine with at least one catalytic converter which is arranged downstream of the internal combustion engine, comprising, in a heating-up period, introducing fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (210), setting an early ignition angle (α2 ) in a combustion chamber heating mode (H2) and adjusting a retarded ignition angle (α1) in a catalyst heating mode (H1), and igniting the fuel in the combustion chamber at the adjusted ignition angle (α1, α2). A computing unit and a computer program for carrying out such a method (100) are also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Katalysator sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine with at least one catalytic converter, as well as a computing unit and a computer program for carrying it out.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Zur Erreichung gesetzlich vorgeschriebener Emissionsgrenzwerte können Drei-Wege-Katalysatoren (engl. three way catalyst, TWC), die eine Konversion der relevanten gasförmigen Schadstoffe NOx, HC sowie CO in unschädliche Produkte wie N2, H2O und CO2 ermöglichen, eingesetzt werden. Damit diese katalytischen Reaktionen bestimmungsgemäß ablaufen, müssen die Temperaturen im Katalysator in der Regel die sogenannte Light-Off-Temperatur von typischerweise 300-400°C überschreiten. Sobald diese erreicht bzw. überschritten ist, konvertiert der Katalysator die relevanten Schadstoffe nahezu vollständig (sog. Katalysatorfenster).To achieve legally prescribed emission limit values, three-way catalysts (TWC) can be used, which enable the relevant gaseous pollutants NO x , HC and CO to be converted into harmless products such as N 2 , H 2 O and CO 2 become. In order for these catalytic reactions to take place as intended, the temperatures in the catalyst must generally exceed the so-called light-off temperature of typically 300-400°C. As soon as this is reached or exceeded, the catalytic converter converts the relevant pollutants almost completely (so-called catalytic converter window).

Um diesen Zustand schnellstmöglich zu erreichen, können sogenannte innermotorische Katalysator-Heiznahmen angewandt werden. Dabei wird der Wirkungsgrad des Ottomotors durch späte Zündwinkel verschlechtert und so die Abgastemperatur und der Enthalpieeintrag in den Katalysator erhöht. Durch angepasste Einspritzstrategien (z. B. Mehrfacheinspritzungen) kann gleichzeitig die Verbrennungsstabilität sichergestellt werden.In order to reach this state as quickly as possible, so-called in-engine catalytic converter heating can be used. The efficiency of the gasoline engine is reduced by retarded ignition angles, which increases the exhaust gas temperature and the enthalpy input into the catalytic converter. At the same time, combustion stability can be ensured by means of adapted injection strategies (e.g. multiple injections).

Neben diesen innermotorischen Kat-Heizmaßnahmen können auch externe Katalysator-Heizmaßnahmen eingesetzt werden, beispielsweise mittels elektrisch beheizbarer Katalysatoren oder Abgasbrenner. Derartige externe Heizmaßnahmen sind beispielsweise in der DE 41 32 814 A1 und der DE 195 04 208 A1 beschrieben.In addition to these internal engine catalytic converter heating measures, external catalytic converter heating measures can also be used, for example by means of electrically heatable catalytic converters or exhaust gas burners. Such external heating measures are, for example, in the DE 41 32 814 A1 and the DE 195 04 208 A1 described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an internal combustion engine and a computing unit and a computer program for its implementation are proposed with the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Katalysator, der stromab der Brennkraftmaschine angeordnet ist, umfasst ,in einem Aufheizzeitraum, ein Einbringen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, ein Einstellen eines frühen Zündwinkels in einem Brennraumheizmodus und ein Einstellen eines späten Zündwinkels in einem Katalysatorheizmodus und ein Zünden des Kraftstoffs in dem Brennraum gemäß dem eingestellten Zündwinkel.A method according to the invention for operating an internal combustion engine with at least one catalytic converter, which is arranged downstream of the internal combustion engine, comprises, in a heating-up period, introducing fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, setting an early ignition angle in a combustion chamber heating mode and setting a late ignition angle in a catalyst heating mode and igniting the fuel in the combustion chamber according to the adjusted ignition angle.

Unter einem „frühen“ Zündwinkel wird im Rahmen der Erfindung ein Zündwinkel verstanden, der früher als ein Zündwinkel für einen optimalen Wirkungsgrad bzw. ein maximales Drehmoment der Brennkraftmaschine liegt. Analog dazu liegt ein „später“ Zündwinkel im Vergleich zu dem für den optimalen Wirkungsgrad bzw. das maximale Drehmoment später innerhalb des jeweiligen Taktes des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine.In the context of the invention, an “advanced” ignition angle is understood to be an ignition angle that is earlier than an ignition angle for optimum efficiency or maximum torque of the internal combustion engine. Analogous to this, a "retard" ignition angle is later within the respective stroke of the working cycle of the internal combustion engine in comparison to that for the optimum efficiency or the maximum torque.

Beide dieser Zündwinkelverstellungen senken den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, um eine höhere Abgastemperatur bereitzustellen, wobei das Abgas zum Erwärmen von Brennkammer (früher Zündwinkel) oder Katalysator (später Zündwinkel) verwendet werden kann. So kann gezielt ausgewählt werden, welche Komponente erwärmt werden soll. Dadurch lassen sich der Katalysator schnell auf seine Betriebstemperatur (sog. Light-Off) und die Brennkammer auf eine Temperatur, bei der keine Kondensation von Kraftstoff an der Wandung der Brennkammer mit den damit einhergehenden negativen Effekten zu erwarten ist, bringen. Durch ein schnelleres Aufheizen des Brennraums muss weniger zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt werden, um den durch Kondensation aus der Verbrennung entfernten Kraftstoff zu kompensieren. Dies bringt einen Verbrauchsvorteil und reduziert die Ölverdünnung. Ein heißer Brennraum wirkt sich zudem positiv auf die erste Abfahrt (erste Beschleunigung aus dem Leerlauf) bzgl. Partikelemissionen aus, da deutlich weniger unverbrannte Kohlenwasserstoffe vorhanden sind und somit weniger Partikel erzeugt werden.Both of these spark advances reduce engine efficiency to provide a higher exhaust gas temperature, where the exhaust gas can be used to heat the combustion chamber (firing early) or the catalyst (firing retarded). In this way, it is possible to specifically select which component is to be heated. As a result, the catalytic converter can be quickly brought to its operating temperature (so-called light-off) and the combustion chamber to a temperature at which no condensation of fuel on the wall of the combustion chamber with the associated negative effects is to be expected. Faster heating of the combustion chamber means less additional fuel needs to be injected to compensate for the fuel removed from combustion by condensation. This brings a consumption advantage and reduces oil dilution. A hot combustion chamber also has a positive effect on the first run (first acceleration from idle) with regard to particle emissions, since there are significantly fewer unburned hydrocarbons and therefore fewer particles are generated.

Um eine schnelle Erwärmung zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn der Brennraumheizmodus und der Katalysatorheizmodus zusammen mindestens die Hälfte der Zündungen während des Aufheizzeitraums ausmachen, vorzugsweise mehr - bis hin zu 100%. Ein Anfang und/oder Ende des Aufheizzeitraums kann insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere des Brennraums und/oder des aufzuheizenden Katalysators, bestimmt werden. Ein Übergang von dem Aufheizbetrieb in den Normalbetrieb (bzw. retour) in den kann im Sinne der Laufruhe insbesondere durch eine allmähliche Veränderung der Zündwinkel erfolgen, d.h. die Verstellungen werden immer geringer, bis schließlich der optimale Zündwinkel erreicht ist (und umgekehrt).In order to achieve rapid heating, it is expedient if the combustion chamber heating mode and the catalyst heating mode together account for at least half of the ignitions during the heating period, preferably more - up to 100%. A start and/or end of the heating-up period can be determined in particular as a function of a temperature, in particular of the combustion chamber and/or of the catalytic converter to be heated. A transition from heating operation to normal operation (or back) can be achieved in the sense of smooth running, in particular by gradually changing the ignition angle, i.e. the adjustments become smaller and smaller until the optimum ignition angle is finally reached (and vice versa).

Der Brennraumheizmodus und der Katalysatorheizmodus können dabei in dem Aufheizzeitraum für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. So kann jeder Brennraum in der geschilderten Weise erwärmt werden und gleichzeitig der Katalysator über den Light-Off erwärmt werden. Vorzugsweise ist dabei der Anteil der einzelnen Heizmodi an der Gesamtzahl der Zündungen für die einzelnen Brennräume gleich, um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung bei gleichzeitiger Laufruhe zu bewirken.The combustion chamber heating mode and the catalyst heating mode can be carried out in the heating-up period for each combustion chamber of the internal combustion engine. So each combustion chamber can be heated in the manner described and at the same time tig the catalyst can be heated via the light-off. Preferably, the share of the individual heating modes in the total number of ignitions for the individual combustion chambers is the same in order to bring about heating that is as uniform as possible while running quietly at the same time.

Insbesondere werden der Brennraumheizmodus ununterbrochen über eine erste Anzahl von Zündungen und der Katalysatorheizmodus ununterbrochen über eine zweite Anzahl von Zündungen durchgeführt. Dadurch kann einer der beiden Heizmodi zu bestimmten Zeiten bevorzugt durchgeführt werden, um den jeweiligen Effekt zumindest zeitweise zu verstärken. Die erste Anzahl von Zündungen und die zweite Anzahl von Zündungen finden vorzugsweise direkt nacheinander statt, um Drehmomentschwankungen zu vermeiden bzw. geringzuhalten.In particular, the combustion chamber heating mode is carried out continuously for a first number of ignitions and the catalyst heating mode is carried out continuously for a second number of ignitions. As a result, one of the two heating modes can be carried out preferentially at certain times in order to at least temporarily reinforce the respective effect. The first number of ignitions and the second number of ignitions preferably take place directly one after the other in order to avoid torque fluctuations or to keep them low.

Dabei umfasst das Verfahren vorteilhafterweise ein Bestimmen der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder des Katalysators, wobei insbesondere der zumindest eine Betriebsparameter zumindest eine Temperatur umfasst. Damit kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass die Betriebsparameter angemessen berücksichtigt werden. Beispielsweise können anhand einer Katalysatortemperatur und einer Temperatur der Brennkraftmaschine ein jeweiliger Heizbedarf ermittelt und die beiden Heizmodi entsprechend der Heizbedarfe realisiert werden.The method advantageously includes determining the first number and the second number as a function of at least one operating parameter of the internal combustion engine and/or the catalytic converter, with the at least one operating parameter in particular including at least one temperature. The method can thus be carried out in such a way that the operating parameters are adequately taken into account. For example, a respective heating requirement can be determined based on a catalytic converter temperature and a temperature of the internal combustion engine, and the two heating modes can be implemented according to the heating requirements.

Die erste Anzahl und/oder die zweite Anzahl werden bevorzugt aus den natürlichen Zahlen gewählt. Auf diese Weise kann der Anteil der jeweiligen Zündungen an der Gesamtzahl, deren Verhältnis zueinander und auch die Zeitdauer eines zusammenhängenden Brennraum- und Abgasheizvorgangs gezielt eingestellt werden.The first number and/or the second number are preferably chosen from the natural numbers. In this way, the proportion of the respective ignitions in the total number, their relationship to one another and also the duration of a continuous combustion chamber and exhaust gas heating process can be set in a targeted manner.

Die erste und die zweite Anzahl können sich voneinander unterscheiden oder gleich sein. Insbesondere ist es sinnvoll, sie gleich zu wählen, wenn der kollektive Heizbedarf aller Brennkammern im Wesentlichen mit dem Heizbedarf des Katalysators übereinstimmt. In einigen Ausgestaltungen kann auch zunächst die Erwärmung der Brennkammern bevorzugt werden, um beispielsweise eine Partikelemission zu minimieren, bevor mit der Katalysatorerwärmung zur Herstellung der Konvertierungsfähigkeit begonnen wird.The first and second numbers can be different or the same. In particular, it makes sense to choose them equally if the collective heating requirement of all combustion chambers essentially coincides with the heating requirement of the catalytic converter. In some configurations, the heating of the combustion chambers can also be preferred first, for example in order to minimize particle emissions, before the heating of the catalytic converter is started to produce the conversion capability.

Der Brennraumheizmodus und der Katalysatorheizmodus werden bevorzugt mehrmals im Wechsel aufeinanderfolgend durchgeführt, um eine ausreichende Heizwirkung einerseits und eine homogene Wärmeverteilung andererseits zu erreichen.The combustion chamber heating mode and the catalytic converter heating mode are preferably carried out several times in succession in alternation in order to achieve a sufficient heating effect on the one hand and a homogeneous heat distribution on the other.

Insbesondere können der frühe Zündwinkel und der späte Zündwinkel so gewählt sein, dass sich jeweils ein gleiches bereitgestelltes Drehmoment ergibt. Dies verbessert die Laufruhe der Brennkraftmaschine, da keine Drehmomentsprünge durch aufeinanderfolgende Zündungen in unterschiedlichen Heizmodi entstehen.In particular, the advanced ignition angle and the retarded ignition angle can be selected in such a way that the torque provided is the same in each case. This improves the smooth running of the internal combustion engine, since there are no torque jumps as a result of successive ignitions in different heating modes.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is also used for other tasks and is therefore available anyway. Finally, a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon as described above. Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical storage devices such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.). Such a download can be wired or wired or wireless (e.g. via a WLAN network, a 3G, 4G, 5G or 6G connection, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung in Form eines Blockdiagramms. 1 shows an advantageous embodiment of a method according to the invention in a schematic representation in the form of a block diagram.
  • 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen Zündwinkel und abgegebenem Drehmoment, auf dessen Basis erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden können. 2 shows a relationship between the ignition angle and the torque output, on the basis of which the method according to the invention can be carried out.
  • 3, 4 und 5 zeigen schematisch verschiedene beispielhafte Zündfolgen, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden können. 3 , 4 and 5 Fig. 12 schematically show various exemplary ignition sequences as can be used within the scope of the invention.
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Kraftfahrzeugs, das im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, in schematischer Darstellung. 6 Figure 12 shows an example of a motor vehicle that can be used within the scope of the invention, in a schematic representation.

Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention

In 6 ist ein Beispiel eines Kraftfahrzeugs, wie es im Rahmen der Erfindung Verwendung finden kann, schematisch dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet. Das Fahrzeug 200 umfasst eine Brennkraftmaschine 210, hier beispielsweise mit vier angedeuteten Zylindern, ein Abgassystem 220, das mehrere Reinigungskomponenten 222, 224, z.B. Katalysatoren und/oder Partikelfilter, aufweist, sowie eine Recheneinheit 230, die zur Steuerung von Brennkraftmaschine 210 und Abgassystem 220 eingerichtet und mit diesen datenleitend verbunden ist. Ferner ist die Recheneinheit 230 in dem dargestellten Beispiel mit Sensoren 212, 227 datenleitend verbunden, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 210 und/oder des Abgassystems 220, insbesondere eine Temperatur des Katalysators 222, erfassen. Es versteht sich, dass weitere Sensoren vorhanden sein können, die nicht dargestellt sind. Relevante Größen können daneben auch mittels entsprechender Modelle berechnet werden, z.B. mittels bekannter Katalysatormodelle.In 6 1 is an example of a motor vehicle as can be used within the scope of the invention, shown schematically and denoted overall by 200. FIG. Vehicle 200 includes an internal combustion engine 210, here for example with four indicated cylinders, an exhaust system 220, which has a plurality of cleaning components 222, 224, e.g. catalytic converters and/or particle filters, and a computing unit 230, which is set up to control internal combustion engine 210 and exhaust system 220 and is connected to it in a data-conducting manner. Furthermore, the computing unit 230 in the example shown is connected in a data-conducting manner to sensors 212, 227, which detect the operating parameters of the internal combustion engine 210 and/or the exhaust gas system 220, in particular a temperature of the catalytic converter 222. It goes without saying that further sensors, which are not shown, can be present. In addition, relevant variables can also be calculated using appropriate models, for example using known catalytic converter models.

In 1 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung in Form eines Blockdiagramms gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Im Folgenden wird das Verfahren 100 auch unter Bezugnahme auf das in Bezug auf 6 beschriebene Fahrzeug 200 erläutert.In 1 an advantageous embodiment of a method according to the invention is shown in a schematic representation in the form of a block diagram and denoted overall by 100 . In the following, the method 100 is also described with reference to with regard to FIG 6 described vehicle 200 explained.

In dem Verfahren 100 wird anhand von zumindest einem Betriebsparameter B1, insbesondere einer oder mehrerer Temperaturen (z.B. eines Katalysators 222 und/oder einer Brennkraftmaschine 210) eine Priorisierungswichtung 110 durchgeführt, im Rahmen derer ein Verhältnis zwischen einem Heizbedarf des Katalysators 222 und einem Heizbedarf der Brennkraftmaschine 210 festgelegt wird.In method 100, a prioritization weighting 110 is carried out based on at least one operating parameter B1, in particular one or more temperatures (e.g. of a catalytic converter 222 and/or an internal combustion engine 210), within the framework of which a ratio between a heating requirement of catalytic converter 222 and a heating requirement of the internal combustion engine 210 is fixed.

Anhand dieses Verhältnisses wird in einer Zündfolgenbestimmung 112 eine Zündfolge festgelegt, gemäß derer die Brennkraftmaschine 210 betrieben werden soll, um sowohl Katalysator 222 als auch Brennkraftmaschine 210 schnell auf ihre jeweiligen Betriebstemperaturen aufzuheizen.Based on this ratio, an ignition order is determined in an ignition order determination 112 according to which the internal combustion engine 210 is to be operated in order to quickly heat both the catalytic converter 222 and the internal combustion engine 210 to their respective operating temperatures.

Eine Brennraumheizmodus-Steuerung 122 und eine Katalysatorheizmodus-Steuerung 121 ermitteln jeweils anhand von Betriebsparametern B2, B3 (im Wesentlichen Drehzahl und Last) einen zur Durchführung des jeweiligen Heizmodus optimalen Zündwinkel und gegebenenfalls weitere Steuergrößen (z.B. Drosselklappenstellung, Kraftstoffmassenstrom, Einspritzzeitpunkt, ...). Der für den jeweiligen Heizmodus H1, H2 optimale Zündzeitpunkt ist dabei früher (H2) bzw. später (H1) als ein für maximalen Wirkungsgrad bzw. für maximales Drehmoment „optimaler“ Zündwinkel. Dabei kann insbesondere der Zündwinkel so gewählt werden, dass ein angefordertes Drehmoment exakt bereitgestellt wird, während überschüssige Leistung der Brennkraftmaschine 210 möglichst vollständig als Abwärme an die jeweils zu erwärmende Komponente (Brennkraftmaschine 210 oder Katalysator 222, 224) abgegeben wird. Es versteht sich, dass auch der wirkungsgradoptimierte Zündwinkel von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig ist. Insbesondere sind hierbei Drehzahl (je höher, desto früher) und Last zu nennen, wobei die Last wiederum die in den Brennraum einzubringende Gemischmenge bestimmt. Diese beiden Betriebsparameter werden in Kombination auch als Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bezeichnet und werden bei der Bestimmung der Zündwinkelverstellung mit berücksichtigt.A combustion chamber heating mode controller 122 and a catalytic converter heating mode controller 121 use operating parameters B2, B3 (essentially speed and load) to determine an ignition angle that is optimal for carrying out the respective heating mode and, if necessary, other control variables (e.g. throttle valve position, fuel mass flow, injection time, ...) . The optimum ignition point for the respective heating mode H1, H2 is earlier (H2) or later (H1) than an “optimal” ignition angle for maximum efficiency or for maximum torque. In particular, the ignition angle can be selected so that a required torque is provided exactly, while excess power from internal combustion engine 210 is given off as completely as possible as waste heat to the component to be heated (internal combustion engine 210 or catalytic converter 222, 224). It goes without saying that the efficiency-optimized ignition angle is also dependent on operating parameters of the internal combustion engine. In particular, speed (the higher, the sooner) and load should be mentioned here, with the load in turn determining the quantity of mixture to be introduced into the combustion chamber. These two operating parameters are also referred to in combination as the operating point of the internal combustion engine and are taken into account when determining the ignition angle adjustment.

Eine Zündungssteuerung 130 wählt auf Basis der Zündfolgenbestimmung 112 für jeden Brennraum individuell einen der beiden Heizmodi aus und gibt einen oder mehrere entsprechende Steuerparameter S1, insbesondere den anzuwendenden Zündwinkel, aus der Brennraumheizmodus-Steuerung 122 bzw. der Katalysatorheizmodus-Steuerung 121 an die Brennkraftmaschine 210 bzw. an deren Komponenten (z.B. eine Zündanlage und/oder eine Einspritzanlage) weiter. Die Brennkraftmaschine 210 kann so brennraumindividuell in dem Brennraumheizmodus und/oder in dem Katalysatorheizmodus betrieben werden.An ignition controller 130 selects one of the two heating modes individually for each combustion chamber on the basis of the ignition sequence determination 112 and transmits one or more corresponding control parameters S1, in particular the ignition angle to be used, from the combustion chamber heating mode controller 122 or the catalytic converter heating mode controller 121 to the internal combustion engine 210 or .to their components (e.g. an ignition system and/or an injection system). Internal combustion engine 210 can thus be operated in the combustion chamber heating mode and/or in the catalytic converter heating mode in a combustion-chamber-specific manner.

Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl des Zündwinkels auch über ein im Motorsteuergerät 230 implementiertes Drehmomentenmodell erfolgen. In diesem kann eine Wirkungsgradkennlinie hinterlegt sein, die den jeweils momentan optimalen Zündzeitpunkt α0 enthält und die Spätseite H1 abdeckt. Somit lässt sich basierend auf dem gewünschten Drehmoment M1 der entsprechende Zündzeitpunkt α1 errechnen. Ein herkömmliches Drehmomentenmodell, das lediglich späte Zündwinkel (H1) abdeckt, kann für das Verfahren 100 um die Frühseite H2 erweitert werden, damit entsprechend für das Drehmoment M1 alternativ auch der Zündzeitpunkt α2 errechnet werden kann.Alternatively or additionally, the ignition angle can also be selected via a torque model implemented in engine control unit 230 . An efficiency characteristic curve can be stored in this, which contains the instantaneously optimal ignition point α0 and covers the late side H1. The corresponding ignition point α1 can thus be calculated based on the desired torque M1. A conventional torque model, which only covers late ignition angles (H1), can be expanded to include the early side H2 for method 100, so that ignition point α2 can also be calculated accordingly for torque M1 as an alternative.

In 2 ist ein Zusammenhang zwischen Zündwinkel und abgegebenem Drehmoment, auf dessen Basis ein bevorzugtes Verfahren, z.B. das in Bezug auf 1 erläuterte Verfahren 100, durchgeführt werden können, in Form eines Wirkungsgraddiagramms gezeigt. Dabei ist ein bereitgestelltes Drehmoment M über einem eingestellten Zündwinkel α aufgetragen. Ein in Bezug auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 210 optimaler Zündwinkel ist dabei mit α0 bezeichnet. In diesem Betriebspunkt wird ein maximal mögliches Drehmoment M0 erzeugt. Es ist hierbei zu beachten, dass es sich bei dem Diagramm in 2 um eine schematische Darstellung handelt und der Drehmomentverlauf in realen Systemen deutlich unterschiedlich verlaufen kann. Prinzipiell korrekt ist dabei jedoch, dass mit zunehmender zeitlicher Distanz des tatsächlichen Zündzeitwinkels vom optimalen Zündzeitwinkel α0 das jeweils bereitgestellte Drehmoment sinkt. Wird im Vergleich zu dem optimalen Zündwinkel α0 hingegen ein später Zündwinkel α1 gewählt, ergibt sich ein niedrigeres Drehmoment M1, wobei nicht zur Erzeugung des Drehmoments M1 verwendete Energie aus der Verbrennung als Wärme frei wird. Da die Verbrennung im Vergleich zu einer Betriebsweise zur Erzeugung des maximalen Drehmoments M0 später stattfindet, wird ein Großteil dieser Wärme in das Abgassystem 220 der Brennkraftmaschine 210 ausgeleitet, so dass diese zur Beheizung des Katalysators 222 zur Verfügung steht. Abhängig von dem Ausmaß der Zündwinkelverstellung kann mehr oder weniger Wärme für diesen Katalysatorheizmodus H1 bereitgestellt werden. In 2 is a relationship between the ignition angle and the torque output, on the basis of which a preferred method, for example that relating to 1 illustrated method 100, can be performed, shown in the form of an efficiency diagram. A torque M that is provided is plotted against a set ignition angle α. A with respect to the efficiency of the internal combustion engine 210 optimal Ignition angle is denoted by α0. A maximum possible torque M0 is generated at this operating point. It should be noted here that the diagram in 2 This is a schematic representation and the torque curve in real systems can vary significantly. In principle, however, it is correct that the respectively provided torque decreases as the time distance between the actual ignition time angle and the optimum ignition time angle α0 increases. If, on the other hand, a later ignition angle α1 is selected in comparison to the optimum ignition angle α0, a lower torque M1 results, with energy from the combustion not used to generate the torque M1 being released as heat. Since the combustion takes place later in comparison to an operating mode for generating the maximum torque M0, a large part of this heat is discharged into the exhaust system 220 of the internal combustion engine 210 so that it is available for heating the catalytic converter 222. Depending on the extent of the ignition angle adjustment, more or less heat can be provided for this catalyst heating mode H1.

Analog dazu sinkt das Drehmoment auch bei Auswahl eines frühen Zündwinkels α2, bei dem das in die Brennkraftmaschine 210 eingebrachte Luft-KraftstoffGemisch im Vergleich zu dem optimalen Zündwinkel α0 früher gezündet wird. Auch in diesem Fall wird dementsprechend mehr Energie als Wärme frei. Die heißen Abgase verbleiben in einem solchen Fall jedoch länger in dem jeweiligen Brennraum, so dass mehr Wärme an den Brennraum abgegeben wird, um einen Brennraumheizmodus H2 zu realisieren. Die jeweils in dem Brennraum übertragene Wärme steht folglich nicht mehr zur Erwärmung des Katalysators 222 zur Verfügung. Wiederum kann durch das Ausmaß der Zündwinkelverschiebung vom wirkungsgradoptimalen Zündwinkel α0 weg das Ausmaß der Drehmomentreduktion beeinflusst werden.Analogously to this, the torque also falls when an early ignition angle α2 is selected, at which the air-fuel mixture introduced into internal combustion engine 210 is ignited earlier in comparison to the optimal ignition angle α0. In this case, too, more energy is released as heat. In such a case, however, the hot exhaust gases remain longer in the respective combustion chamber, so that more heat is given off to the combustion chamber in order to implement an H2 combustion chamber heating mode. The heat transferred in each case in the combustion chamber is consequently no longer available for heating the catalytic converter 222 . Again, the extent of the torque reduction can be influenced by the extent of the ignition angle shift away from the efficiency-optimal ignition angle α0.

Da die beiden Heizbetriebsmodi H1, H2 bevorzugt abwechselnd und zur selben Zeit in unterschiedlichen Brennräumen durchgeführt werden, ist es vorteilhaft, den frühen α2 und späten α2 Zündwinkel so zu wählen, dass jeweils das gleiche Drehmoment M1 resultiert, um einen möglichst ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine 210 zu erzielen.Since the two heating operating modes H1, H2 are preferably carried out alternately and at the same time in different combustion chambers, it is advantageous to select the early α2 and late α2 ignition angle in such a way that the same torque M1 results in each case in order to ensure that internal combustion engine 210 runs as smoothly as possible to achieve.

Um dennoch auch eine individuelle Steuerung der jeweils in Brennräume und Katalysator 222 eingebrachten Wärmemengen zu ermöglichen, können Brennraumheizmodus H2 und Katalysatorheizmodus H1 unterschiedlich häufig durchgeführt werden. Dies ist in den 3, 4 und 5 beispielhaft veranschaulicht, die jeweils schematisch verschiedene Zündfolgen, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, zeigen. Dabei ist jeweils eine Brennraumnummer Z über der Zeit t aufgetragen. Der in dem jeweiligen Brennraum durchgeführte Heizmodus H1, H2 ist durch die Schraffierung der Fläche unter dem Graphen markiert. In den hier dargestellten Beispielen wird von einer Brennkraftmaschine 210 mit vier Brennräumen ausgegangen. Die Erfindung ist jedoch mit jeder beliebigen Brennkraftmaschine 210 durchführbar. Dabei ist sowohl die Art der Brennkraftmaschine 210 (z.B. Hubkolben-, Drehkolben-, 2-Takt-, 4-Takt-Brennkraftmaschinen) als auch die Anzahl der Brennkammern (z.B. 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, ...) unerheblich.In order nevertheless to enable individual control of the amounts of heat introduced into combustion chambers and catalytic converter 222, combustion chamber heating mode H2 and catalytic converter heating mode H1 can be carried out with different frequency. This is in the 3 , 4 and 5 illustrated by way of example, each showing schematically different ignition sequences as can be used within the scope of the invention. In each case, a combustion chamber number Z is plotted against time t. The heating mode H1, H2 carried out in the respective combustion chamber is marked by the shading of the area under the graph. In the examples presented here, an internal combustion engine 210 with four combustion chambers is assumed. However, the invention can be implemented with any internal combustion engine 210 . Both the type of internal combustion engine 210 (e.g. reciprocating piston, rotary piston, 2-stroke, 4-stroke internal combustion engine) and the number of combustion chambers (e.g. 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, . ..) irrelevant.

In 3 ist eine Zündfolge dargestellt, in der in jedem Arbeitsspiel jeweils ein Brennraum in dem Brennraumheizmodus H2 betrieben wird und jeweils drei Brennräume in dem Katalysatorheizmodus H1. Dabei wird der Brennraumheizmodus H2 zyklisch über die vier Brennräume hinweg durchgetauscht, um eine möglichst gleichmäßige Wärmeentwicklung sowohl in den Brennräumen als auch in dem Katalysator 222 stromab der Brennkraftmaschine 210 zu erreichen. In der hier dargestellten Zündfolge ergibt sich also ein Anteil des Brennraumheizmodus H2 an den Zündungen von 25%.In 3 an ignition sequence is shown in which one combustion chamber is operated in combustion chamber heating mode H2 and three combustion chambers in catalyst heating mode H1 in each working cycle. In this case, the combustion chamber heating mode H2 is cyclically swapped over the four combustion chambers in order to achieve the most uniform possible development of heat both in the combustion chambers and in the catalytic converter 222 downstream of the internal combustion engine 210 . In the ignition sequence shown here, the combustion chamber heating mode H2 accounts for 25% of the ignitions.

Im Vergleich dazu ist in 4 eine Zündfolge mit einem Anteil des Brennraumheizmodus H2 von 50% gezeigt. Hierbei werden abwechselnd jeweils ein Brennraum im Brennraumheizmodus H2 und einer im Katalysatorheizmodus H1 gezündet, wobei die Brennräume jeweils im Wechsel ein Arbeitsspiel in dem Brennraumheizmodus H2 und ein Arbeitsspiel in dem Katalysatorheizmodus H1 betrieben werden.In comparison, in 4 a firing order with a proportion of the combustion chamber heating mode H2 of 50% is shown. One combustion chamber is alternately ignited in combustion chamber heating mode H2 and one in catalyst heating mode H1, with the combustion chambers being operated alternately in one working cycle in combustion chamber heating mode H2 and one working cycle in catalyst heating mode H1.

In 5 ist eine im Wesentlichen umgekehrte Zündfolge wie in 3 gezeigt, wobei sich ein Anteil des Brennraumheizmodus von 75% ergibt, indem in jedem Arbeitsspiel jeweils ein Brennraum in dem Katalysatorheizmodus H1 und drei Brennräume in dem Brennraumheizmodus H2 betrieben werden.In 5 is an essentially reverse firing order as in 3 shown, with a proportion of the combustion chamber heating mode of 75% resulting from one combustion chamber being operated in the catalyst heating mode H1 and three combustion chambers being operated in the combustion chamber heating mode H2 in each working cycle.

Wie bereits mehrfach erwähnt, dienen diese Beispiele lediglich der Veranschaulichung, so dass auch wesentlich andere Zündfolgen im Rahmen der Erfindung realisiert werden können. Beispielsweise kann es ggf. auch vorteilhaft sein, bestimmte Brennräume weniger stark zu beheizen als andere Brennräume (z.B. in einem Reihenmotor können die äußeren Brennräume einen höheren Heizbedarf haben als innere Brennräume, da sie jeweils nur einen Nachbarbrennraum haben), oder mehrere Arbeitsspiele exklusiv einen der Heizbetriebsmodi H1 oder H2 durchzuführen.As already mentioned several times, these examples are only for illustration purposes, so that significantly different ignition sequences can also be implemented within the scope of the invention. For example, it may also be advantageous to heat certain combustion chambers less than other combustion chambers (e.g. in an in-line engine, the outer combustion chambers can have a higher heating requirement than inner combustion chambers, since they only have one neighboring combustion chamber), or several working cycles exclusively for one of the to carry out heating operating modes H1 or H2.

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  • DE 4132814 A1 [0004]DE 4132814 A1 [0004]
  • DE 19504208 A1 [0004]DE 19504208 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren (100) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (210) mit zumindest einem Katalysator (222, 224), der stromab der Brennkraftmaschine (210) angeordnet ist, umfassend, in einem Aufheizzeitraum: Einbringen von Kraftstoff ein einen Brennraum der Brennkraftmaschine (210), Einstellen eines frühen Zündwinkels (α2) in einem Brennraumheizmodus (H2) und Einstellen eines späten Zündwinkels (α1) in einem Katalysatorheizmodus (H1), Zünden des Kraftstoffs in dem Brennraum zu dem eingestellten Zündwinkel (α1, α2).Method (100) for operating an internal combustion engine (210) with at least one catalytic converter (222, 224) which is arranged downstream of the internal combustion engine (210), comprising, in a heating-up period: introducing fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (210), setting an early ignition angle (α2) in a combustion chamber heating mode (H2) and setting a retarded ignition angle (α1) in a catalyst heating mode (H1), Ignition of the fuel in the combustion chamber at the set ignition angle (α1, α2). Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Brennraumheizmodus (H2) und der Katalysatorheizmodus (H1) für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine (210) durchgeführt werden.Method (100) according to claim 1 , wherein the combustion chamber heating mode (H2) and the catalyst heating mode (H1) are performed for each combustion chamber of the internal combustion engine (210). Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Brennraumheizmodus (H2) über eine erste Anzahl von Zündungen ununterbrochen durchgeführt wird und der Katalysatorheizmodus (H1) über eine zweite Anzahl von Zündungen ununterbrochen durchgeführt wird.Method (100) according to claim 1 or 2 wherein the combustion chamber heating mode (H2) is continuously performed for a first number of ignitions and the catalyst heating mode (H1) is continuously performed for a second number of ignitions. Verfahren (100) nach Anspruch 3, umfassend ein Bestimmen (110, 130) der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter (B1) der Brennkraftmaschine (210) und/oder des Katalysators (222, 224), wobei insbesondere der zumindest eine Betriebsparameter zumindest eine Temperatur umfasst.Method (100) according to claim 3 , comprising determining (110, 130) the first number and the second number as a function of at least one operating parameter (B1) of the internal combustion engine (210) and/or the catalytic converter (222, 224), in particular the at least one operating parameter including at least one temperature includes. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich die erste und die zweite Anzahl voneinander unterscheiden oder gleich sind.Method (100) according to claim 3 or 4 , the first and second numbers being different or the same. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Brennraumheizmodus und Katalysatorheizmodus mehrmals im Wechsel aufeinanderfolgend durchgeführt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the combustion chamber heating mode and the catalytic converter heating mode are carried out several times in succession in alternation. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der frühe Zündwinkel (α2) und der späte Zündwinkel (α1) so gewählt sind, dass sich jeweils ein gleiches bereitgestelltes Drehmoment (M1) ergibt.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the advanced ignition angle (α2) and the retarded ignition angle (α1) are selected such that the same torque (M1) provided results in each case. Recheneinheit (230), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (230) which is set up to carry out all method steps of a method (100) according to one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (230) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (230) ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (230) to carry out all method steps of a method (100) according to one of Claims 1 until 7 to be performed when it is executed on the computing unit (230). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it claim 9 .
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