DE102022120837A1 - Method for reducing cold start emissions of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12). Das Verfahren umfasst mindestens folgende Schritte:- Anschleppen des Verbrennungsmotors (10) auf eine Startdrehzahl (nS), welche oberhalb einer Leerlaufdrehzahl (nL) des Verbrennungsmotors (10) liegt,- Drehen des Verbrennungsmotors (10) durch eine Starteinheit (50), bis der Verbrennungsmotor (10) die Startdrehzahl (ns) erreicht hat,- wobei eine Kraftstoffeinspritzung in den mindestens einen Brennraum (12) nach Erreichen der Startdrehzahl (ns) für mindestens zehn Arbeitsspiele des Verbrennungsmotors (10) ausgeblendet bleibt,- Einspritzen eines Kraftstoffs in den mindestens einen Brennraum (12) des Verbrennungsmotors (10) und zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in dem Brennraum (12).Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Motorsteuergerät (70) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for reducing cold-start emissions of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12). The method comprises at least the following steps: - starting the internal combustion engine (10) to a starting speed (nS) which is above an idle speed (nL) of the internal combustion engine (10), - rotating the internal combustion engine (10) by a starting unit (50), until the internal combustion engine (10) has reached the starting speed (ns), - fuel injection into the at least one combustion chamber (12) remains hidden after reaching the starting speed (ns) for at least ten working cycles of the internal combustion engine (10), - injecting a fuel into the at least one combustion chamber (12) of the internal combustion engine (10) and igniting a fuel-air mixture in the combustion chamber (12). The invention further relates to an internal combustion engine (10) with an engine control unit (70) for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotor zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for reducing the cold start emissions of an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out such a method according to the preamble of the independent claims.
Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Verringerung der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Solche Rußpartikel entstehen besonders nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis nach dem Kaltstart, kalter Zylinderwände sowie der heterogenen Gemischverteilung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors. Im Gegensatz zur Beladung eines Dieselpartikelfilters erfolgt die Rußbeladung eines Ottopartikelfilters im Wesentlichen in Abhängigkeit der Brennraumtemperatur und nimmt mit zunehmender Brennraumtemperatur ab. Die Kaltstartphase ist somit maßgeblich für die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte sowohl bezüglich der Partikelmasse als auch bezüglich der Partikelanzahl. Bei kalten Außentemperaturen, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 0°C werden bei einem Ottomotor aufgrund der geringen Gemischhomogenisierung und Verdampfung des Kraftstoffs sowie der Startanreicherung besonders hohe Partikelemissionen emittiert. Zudem führt ein Kaltstart mit einem unterstöchiometrischen, fetten Verbrennungsluftverhältnis zu höheren Emissionen an Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), da eine Konvertierung in Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf aufgrund des kalten Katalysators noch nicht möglich ist. Im Fahrbetrieb wird bei Kraftfahrzeugen mit einem Ottopartikelfilter dieser Ottopartikelfilter dann weiter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann.The continuous tightening of exhaust gas legislation places high demands on vehicle manufacturers, which are met by appropriate measures to reduce raw engine emissions and through appropriate exhaust gas aftertreatment. With the introduction of the EU6 legislative stage, a limit value for the number of particles is stipulated for gasoline engines, which in many cases makes the use of a gasoline particle filter necessary. Such soot particles arise particularly after a cold start of the internal combustion engine due to incomplete combustion in combination with a substoichiometric combustion air ratio after the cold start, cold cylinder walls and the heterogeneous mixture distribution in the combustion chambers of the internal combustion engine. In contrast to the loading of a diesel particle filter, the soot loading of a gasoline particle filter essentially depends on the combustion chamber temperature and decreases as the combustion chamber temperature increases. The cold start phase is therefore crucial for compliance with the legally prescribed particle limit values in terms of both particle mass and particle number. At cold outside temperatures, especially at ambient temperatures below 0°C, particularly high particle emissions are emitted in a gasoline engine due to the low mixture homogenization and evaporation of the fuel as well as the start-up enrichment. In addition, a cold start with a substoichiometric, rich combustion air ratio leads to higher emissions of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC), since conversion into carbon dioxide and water vapor is not yet possible due to the cold catalyst. When driving in motor vehicles with a gasoline particle filter, this gasoline particle filter is then further loaded with soot. To ensure that the exhaust gas back pressure does not increase too much, this gasoline particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in exhaust backpressure can lead to increased consumption of the combustion engine, loss of power and an impairment of smooth running, including misfiring. In order to carry out thermal oxidation of the soot retained in the gasoline particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level is necessary in conjunction with simultaneously present oxygen in the exhaust system of the gasoline engine. Since modern gasoline engines are normally operated with a stoichiometric combustion air ratio (λ=1) without excess oxygen, additional measures are required. Possible measures include, for example, increasing the temperature by adjusting the ignition angle, temporarily turning the gasoline engine lean, blowing secondary air into the exhaust system or a combination of these measures. To date, preference has been given to adjusting the ignition angle in the late direction in combination with a lean adjustment of the gasoline engine, since this method does not require additional components and can deliver a sufficient amount of oxygen at most operating points of the gasoline engine.
Bei sich weiter verschärfenden Abgasgesetzgebungen besteht ein technischer Lösungsansatz darin, die Kaltstartemissionen von Ottomotoren zu senken, da diese einen signifikanten Anteil der Emissionen im gesamten Fahrzyklus ausmachen. Diese Anforderung gewinnt an Bedeutung, wenn die Gültigkeitsstrecke einer innerstädtischen Real-Driving-Emissions-Fahrt weiter abgesenkt wird, da hierdurch der Anteil des Kaltstarts an Gewicht gewinnt. Als Lösung können entweder die Rohemissionen des Verbrennungsmotors gesenkt und/oder die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlung verbessert werden. Eine Möglichkeit, die Effizienz der Abgasnachbehandlung in der Kaltstartphase zu erhöhen liegt darin, einen Drei-Wege-Katalysator schneller auf seine Betriebstemperatur aufzuheizen. Hierzu können innermotorisch, wie eine Verstellung des Zündwinkels, sowie außermotorische Maßnahmen, wie beispielsweise externe Heizelemente oder Abgasbrenner eingesetzt werden. Die außermotorischen Maßnahmen müssen dabei zielführend in das Abgasanlagenkonzept integriert werden, um eine möglichst schnelle und effiziente Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erreichen.As emissions regulations continue to become more stringent, one technical solution is to reduce the cold-start emissions of gasoline engines, as these make up a significant proportion of the emissions in the entire driving cycle. This requirement becomes more important if the valid distance of an inner-city real driving emissions trip is further reduced, as this means that the proportion of cold starts becomes more important. As a solution, either the raw emissions of the internal combustion engine can be reduced and/or the conversion performance of the exhaust gas aftertreatment can be improved. One way to increase the efficiency of exhaust aftertreatment in the cold start phase is to heat a three-way catalytic converter to its operating temperature more quickly. For this purpose, measures within the engine, such as adjusting the ignition angle, as well as measures outside the engine, such as external heating elements or exhaust gas burners, can be used. The extra-engine measures must be effectively integrated into the exhaust system concept in order to achieve the fastest and most efficient heating of the exhaust gas aftertreatment components.
Die zukünftigen Emissionsgrenzwerte für die Abgasgesetzgebung EU7 erfordern neben einer hocheffizienten Abgasnachbehandlung auch eine starke Reduzierung der Rohemissionen. Insbesondere nach dem Motorkaltstart entstehen durch unvollständige Verbrennung aufgrund von ungünstigen Zünd- und Brennbedingungen im Brennraum erhöhte Rohemissionen, welche vor Erreichen der Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten unkonvertiert in die Umwelt emittiert werden. Ein wesentlicher Treiber der Rohemissionen in der Kaltstartphase ist eine unzureichende Gemischaufbereitung und eine unvollständige Verbrennung.The future emission limits for the EU7 exhaust gas legislation require not only highly efficient exhaust aftertreatment but also a significant reduction in raw emissions. Particularly after a cold engine start, incomplete combustion due to unfavorable ignition and combustion conditions in the combustion chamber results in increased raw emissions, which are emitted unconverted into the environment before the exhaust gas aftertreatment components reach the light-off temperature. A key driver of raw emissions in the cold start phase is inadequate mixture preparation and incomplete combustion.
Zur Verbesserung der Kaltstartemissionen sind zunehmend Heizelemente in der Abgasanlage vorgesehen, welche den Zeitraum vom Start des Verbrennungsmotors bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten verkürzen. Ein Vorheizen der Brennräume des Verbrennungsmotors ist dabei nicht vorgesehen, wodurch einem Anstieg der Rohemissionen in der Kaltstartphase nicht entgegengewirkt wird.To improve cold start emissions, heating elements are increasingly being provided in the exhaust system, which cover the period from the start of the combustion engine until the light-off level is reached. Shorten the temperature of the exhaust aftertreatment components. There is no provision for preheating the combustion chambers of the internal combustion engine, which means that an increase in raw emissions in the cold start phase is not counteracted.
Aus der
Die
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Kaltstartemissionen eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor zu verbessern.The invention is based on the object of improving the cold start emissions of a motor vehicle with an internal combustion engine.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- - Anschleppen des Verbrennungsmotors auf eine Startdrehzahl, welche oberhalb einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt,
- - Drehen des Verbrennungsmotors durch eine Starteinheit, bis der Verbrennungsmotor die Startdrehzahl erreicht hat, wobei
- - eine Kraftstoffeinspritzung in den mindestens einen Brennraum nach Erreichen der Startdrehzahl für mindestens zehn Arbeitsspiele des Verbrennungsmotors, vorzugsweise für mindestens 20 Arbeitsspiele des Verbrennungsmotor, ausgeblendet wird, und
- - Einspritzen eines Kraftstoffs in den mindestens einen Brennraum des Verbrennungsmotors und zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in dem mindestens einen Brennraum.
- - towing the internal combustion engine to a starting speed which is above an idling speed of the internal combustion engine,
- - rotating the internal combustion engine by a starting unit until the internal combustion engine has reached the starting speed, whereby
- - a fuel injection into the at least one combustion chamber is hidden after reaching the starting speed for at least ten working cycles of the internal combustion engine, preferably for at least 20 working cycles of the internal combustion engine, and
- - Injecting a fuel into the at least one combustion chamber of the internal combustion engine and igniting a fuel-air mixture in the at least one combustion chamber.
Durch das Anschleppen des Verbrennungsmotors und das Beschleunigen des Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl über der Leerlaufdrehzahl wird Luft in den Brennräumen mehrfach komprimiert und nachfolgend wieder ausgeschoben, wodurch die Brennraumwände sich erwärmen. Ferner verbessert sich durch die erhöhte Drehzahl die Ladungsbewegung in den Brennräumen und somit nach Einblenden der Kraftstoffeinspritzung auch die Gemischaufbereitung in den Brennräumen, sodass die Kaltstartemissionen durch eine verbesserte Verbrennung reduziert werden können. Darüber hinaus werden die Wandwärmeverluste während der Kompression reduziert, wodurch die Verbrennung heißer und somit emissionsärmer abläuft.By towing the internal combustion engine and accelerating the internal combustion engine to a speed above idle speed, air in the combustion chambers is compressed several times and then pushed out again, causing the combustion chamber walls to heat up. Furthermore, the increased speed improves the charge movement in the combustion chambers and thus also the mixture preparation in the combustion chambers after fuel injection is activated, so that cold start emissions can be reduced through improved combustion. In addition, wall heat losses are reduced during compression, which means combustion is hotter and therefore produces fewer emissions.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklung des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims enable advantageous improvements and further development of the method specified in the independent claim for reducing the cold start emissions of an internal combustion engine.
In einer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente verbunden ist, wobei mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente durch ein externes Heizmittel beheizbar ist. Dabei wird ein externes Beheizen der Abgasnachbehandlungskomponente mit dem Anschleppen des Verbrennungsmotors, vorzugsweise unmittelbar mit dem Anschleppen des Verbrennungsmotors, eingeleitet. Unter einem externen Beheizen ist in diesem Zusammenhang ein Beheizen der Abgasnachbehandlungskomponente zu verstehen, welches unabhängig vom Wärmeeintrag durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors, insbesondere durch ein elektrisches Heizelement oder einen Abgasbrenner, erfolgt. Dadurch kann die Zeitspanne, bis die Abgasnachbehandlungskomponente ihre Light-Off-Temperatur erreicht und insbesondere der Zeitraum, in welchem die Abgase des Verbrennungsmotors unkonvertiert in die Umgebung emittiert werden, verkürzt werden. Dadurch können die Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors weiter minimiert werden. Alternativ kann das externe Beheizen der Abgasnachbehandlungskomponente auch schon vor dem Anschleppen des Verbrennungsmotors, vorzugsweise 3 - 15 Sekunden vor dem Anschleppen des Verbrennungsmotors, eingeleitet werden, um die Abgasnachbehandlungskomponente bereits beim Start des Verbrennungsmotors soweit aufgeheizt zu haben, dass die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Light-Off-Temperatur minimiert wird und die Abgasnachbehandlungskomponente beim Start des Verbrennungsmotors bestenfalls, zumindest abschnittsweise, schon diese Light-Off-Temperatur erreicht hat.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the internal combustion engine is connected to an exhaust gas aftertreatment system with at least one exhaust gas aftertreatment component, wherein at least one exhaust gas aftertreatment component can be heated by an external heating medium. In this case, external heating of the exhaust gas aftertreatment component is initiated when the internal combustion engine is started, preferably immediately when the internal combustion engine is started. In this context, external heating means heating of the exhaust gas aftertreatment component, which takes place independently of the heat input through the exhaust gas flow of the internal combustion engine, in particular through an electrical heating element or an exhaust gas burner. This makes it possible to shorten the period of time until the exhaust gas aftertreatment component reaches its light-off temperature and, in particular, the period in which the exhaust gases from the internal combustion engine are emitted unconverted into the environment. This allows the cold start emissions of the internal combustion engine to be further minimized. Alternatively, the external heating of the exhaust aftertreatment component can also be initiated before the internal combustion engine is started, preferably 3 - 15 seconds before the internal combustion engine is started, in order to heat the exhaust aftertreatment component when the internal combustion engine is started to have heated up to such an extent that the heating time until the light-off temperature is reached is minimized and the exhaust gas aftertreatment component has, at best, at least in sections, already reached this light-off temperature when the internal combustion engine is started.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffeinspritzsystem in Wirkverbindung steht, welches eine Kraftstoffhochdruckpumpe, einen Kraftstoffhochdruckspeicher und einen an dem mindestens einen Brennraum angeordneten Kraftstoffinjektor zur Einspritzung eines Kraftstoffs in den Brennraum umfasst, wobei ein Einspritzdruck des Kraftstoffs in der Startphase gegenüber einem Einspritzdruck im Normalbetrieb nach der Startphase bei gleichem Lastpunkt des Verbrennungsmotors erhöht wird. Durch eine Erhöhung des Einspritzdrucks kann eine feine Zerstäubung des Kraftstoffs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors erreicht werden. Dadurch kann die Gemischbildung in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors verbessert werden, wodurch die Rohemissionen des Verbrennungsmotors in dieser Kaltstartphase reduziert werden können.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the internal combustion engine is in operative connection with a fuel injection system, which comprises a high-pressure fuel pump, a high-pressure fuel accumulator and a fuel injector arranged on the at least one combustion chamber for injecting a fuel into the combustion chamber, an injection pressure of the fuel in the starting phase is increased compared to an injection pressure in normal operation after the starting phase with the same load point of the internal combustion engine. By increasing the injection pressure, fine atomization of the fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine can be achieved. As a result, the mixture formation in the cold start phase of the internal combustion engine can be improved, whereby the raw emissions of the internal combustion engine can be reduced in this cold start phase.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor in einer Kaltstartphase mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird. Durch eine Erhöhung der Luftmenge können die Rohemissionen, insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid verringert werden.In a further improvement of the method it is provided that the internal combustion engine is operated in a cold start phase with a superstoichiometric combustion air ratio. By increasing the amount of air, raw emissions, particularly emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide, can be reduced.
Bevorzugt liegt das überstöchiometrische Verbrennungsluftverhältnis im Bereich 1,05 < λ < 1,25. In diesem Bereich ist sichergestellt, dass das Verbrennungsluftgemisch trotz des Luftüberschusses zündet und sich eine im Wesentlichen vollständige Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs sicherstellen lässt.The superstoichiometric combustion air ratio is preferably in the range 1.05 <λ <1.25. In this area it is ensured that the combustion air mixture ignites despite the excess air and that essentially complete combustion of the fuel-air mixture can be ensured.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das überstöchiometrische Verbrennungsluftverhältnis bis zum Erreichen einer Light-Off-Temperatur mindestens einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einer extern beheizten Abgasnachbehandlungskomponente, beibehalten wird. Dadurch können die Rohemissionen reduziert werden, bis mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur effizienten Konvertierung der Schadstoffe zur Verfügung steht. Prinzipiell führt ein überstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis zu einer erhöhten Emission an Stickoxiden, daher ist es vorteilhaft, den Verbrennungsmotor nach Erreichen der Light-Off-Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis zu betreiben. Da in der Kaltstartphase die Brennraumtemperatur durch die noch vergleichsweise kalten Brennraumwände niedriger liegt als in dem nachfolgenden Normalbetrieb, liegt auch die mittlere Verbrennungstemperatur in den Brennräumen niedriger, sodass in dieser Phase vergleichsweise wenige Stickoxide entstehen.It is particularly preferred if the superstoichiometric combustion air ratio is maintained until a light-off temperature is reached for at least one exhaust gas aftertreatment component, in particular an externally heated exhaust gas aftertreatment component. This allows raw emissions to be reduced until at least one exhaust aftertreatment component is available to efficiently convert the pollutants. In principle, an over-stoichiometric combustion air ratio leads to increased emissions of nitrogen oxides, so it is advantageous to operate the internal combustion engine with a stoichiometric combustion air ratio after the exhaust gas aftertreatment component has reached the light-off temperature. Since in the cold start phase the combustion chamber temperature is lower than in the subsequent normal operation due to the still comparatively cold combustion chamber walls, the average combustion temperature in the combustion chambers is also lower, so that comparatively few nitrogen oxides are produced in this phase.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Motorlast des Verbrennungsmotors in der Kaltstartphase durch ein Zuschalten mindestens eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere durch das Ankoppeln eines Generators, erhöht wird. Durch ein Zuschalten eines elektrischen Verbrauchers oder eines Generators kann die Motorlast erhöht werden, wodurch die Abgastemperatur bei gleicher Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor steigt. Dadurch können die Abgasnachbehandlungskomponenten schneller auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt werden, wodurch die Kaltstartphase, in welcher die Emissionen des Verbrennungsmotors unkonvertiert in die Umwelt emittiert werden, verkürzt werden kann.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the engine load of the internal combustion engine is increased in the cold start phase by switching on at least one electrical consumer, in particular by coupling a generator. By connecting an electrical consumer or a generator, the engine load can be increased, which increases the exhaust gas temperature with the same power demand on the internal combustion engine. This allows the exhaust gas aftertreatment components to be heated up to their light-off temperature more quickly, which means that the cold start phase, in which the emissions from the internal combustion engine are emitted unconverted into the environment, can be shortened.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens liegt die Startdrehzahl in einem Bereich von 1000 U/min bis 2000 U/min, bevorzugt oberhalb von 1200 U/min, besonders bevorzugt oberhalb von 1500 U/min und die Leerlaufdrehzahl im Bereich von 600 U/min bis 900 U/min. Durch die erhöhte Drehzahl verbessert sich die Ladungsbewegung in dem mindestens einen Brennraum und somit die Gemischaufbereitung des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs.In a preferred embodiment of the method, the starting speed is in a range from 1000 rpm to 2000 rpm, preferably above 1200 rpm, particularly preferably above 1500 rpm and the idle speed is in the range from 600 rpm to 900 rpm. The increased speed improves the charge movement in the at least one combustion chamber and thus the mixture preparation of the fuel injected into the combustion chamber.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Starteinheit als ein Starter-Generator ausgeführt ist und der Starter-Generator den Verbrennungsmotor in der Kaltstartphase entlastet. Dadurch kann der Verbrennungsmotor bei der Erzeugung eines Antriebsmoments für ein Kraftfahrzeug unterstützt und in einem im Hinblick auf die Rohemissionen des Verbrennungsmotors optimalen Betriebspunkt betrieben werden.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the starting unit is designed as a starter generator and the starter generator relieves the load on the internal combustion engine in the cold start phase. As a result, the internal combustion engine can be supported in generating drive torque for a motor vehicle and can be operated at an operating point that is optimal with regard to the raw emissions of the internal combustion engine.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät mit einer Speichereinheit und einer Recheneinheit sowie mit einem in der Speichereinheit abgelegten maschinenlesbaren Programmcode, wobei das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen, wenn der maschinenlesbare Programmcode durch die Recheneinheit des Motorsteuergeräts ausgeführt wird.A further partial aspect of the invention relates to an engine control device with a memory unit and a computing unit as well as with a machine-readable program code stored in the memory unit, the engine control device being set up to carry out such a method when the machine-readable program code is executed by the computing unit of the engine control device.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum sowie einem solchen Motorsteuergerät. Bei einem solchen Verbrennungsmotor können die Kaltstartemissionen durch eine verbesserte Verbrennung reduziert werden. Darüber hinaus werden die Wandwärmeverluste während der Kompression reduziert, wodurch die Verbrennung heißer und somit emissionsärmer abläuft und kraftstoffeffizienter abläuft.Another partial aspect of the invention relates to an internal combustion engine with at least one combustion chamber and such an engine control unit. With such an internal combustion engine, cold start emissions can be reduced through improved combustion. In addition, the Wall heat losses during compression are reduced, making combustion hotter and therefore lower in emissions and more fuel efficient.
Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in individual cases.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, einer Abgasanlage und einem Motorsteuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors, und -
2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung der Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors.
-
1 an internal combustion engine with a fuel injection system, an exhaust system and an engine control unit for carrying out a method according to the invention for reducing the cold start emissions of the internal combustion engine, and -
2 a flowchart for carrying out a method according to the invention for reducing the cold start emissions of an internal combustion engine.
Der Brennraum 12 ist ferner über einen Auslass18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. Dabei ist in dem Auslass 18 ein Auslassventil 48 angeordnet, mit welchem eine Verbindung von dem Brennraum 12 in die Abgasanlage 20 geöffnet und verschlossen werden kann. In der Abgasanlage 20 sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 20 eine Turbine 24 eines Abgasturboladers 22 und mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente, bevorzugt ein motornaher erster Katalysator 26, besonders bevorzugt ein motornaher Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 26 ein weiteren Katalysator 28 angeordnet. Zusätzlich kann als weitere Abgasnachbehandlungskomponente ein Partikelfilter 30 in der Abgasanlage 20 angeordnet sein. Ferner können ein Partikelfilter 30 und ein Katalysator 26, 28 auch als sogenannter Vier-Wege-Katalysator in einem Bauteil zusammengefasst sein. Ferner ist in der Abgasanlage 20 ein externes Heizmittel vorgesehen, über welches zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente 26, 28, 30 im Wesentlichen unabhängig vom Wärmeeintrag durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 aufgeheizt werden kann. Das externe Heizmittel kann insbesondere als ein elektrisches Heizelement 32 oder ein Abgasbrenner 34 ausgeführt sein. In der Abgasanlage 20 können ein oder mehrere Abgassensoren 36 und/oder Temperatursensoren 38, insbesondere Sauerstoffsonden zur Steuerung des Verbrennungsluftverhältnisses in den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 angeordnet sein.The
Der Kraftstoffinjektor 14 wird aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher 42 mit Kraftstoff versorgt, welcher durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe 40 mit Kraftstoff befüllt werden kann.The
Der Verbrennungsmotor 10 kann mit einer Starteinheit 50 gekoppelt werden, über welche der Verbrennungsmotor 10 gestartet werden kann. Die Starteinheit 50 kann einen konventionellen Starter 52 oder einen Starter-Generator 54 umfassen, welche mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges gekoppelt werden können. Der Verbrennungsmotor 10 steht mit einem Motorsteuergerät 70 in Wirkverbindung, über welches unter anderem die in den Brennraum 12 eingespritzte Kraftstoffmenge, der Einspritzzeitpunkt sowie der Zündzeitpunkt der Zündkerze 16 gesteuert werden können. Ferner können über das Motorsteuergerät 70 die Motordrehzahl sowie das Verbrennungsluftverhältnis in den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotor geregelt werden. Das Motorsteuergerät 70 umfasst eine Speichereinheit 72 und eine Recheneinheit 74. In der Speichereinheit 72 ist ein maschinenlesbarer Programmcode 76 abgelegt, welcher bei einer Ausführung durch die Recheneinheit 74 des Motorsteuergeräts den Verbrennungsmotor 10 steuert und insbesondere ein in dem nachfolgenden Abschnitt beschriebenes Verfahren zur Reduzierung der Kaltstartemissionen des Verbrennungsmotors 10 ausführt.The
In
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1212
- Brennraumcombustion chamber
- 1414
- Kraftstoffinjektorfuel injector
- 1616
- Zündkerzespark plug
- 1818
- Auslass outlet
- 2020
- AbgasanlageExhaust system
- 2222
- AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
- 2424
- Turbineturbine
- 2626
- motornaher erster Katalysatorfirst catalytic converter close to the engine
- 2828
- zweiter Katalysator second catalyst
- 3030
- PartikelfilterParticulate filter
- 3232
- elektrisches Heizelementelectric heating element
- 3434
- AbgasbrennerExhaust burner
- 3636
- AbgassensorExhaust gas sensor
- 3838
- Temperatursensor Temperature sensor
- 4040
- KraftstoffhochdruckpumpeHigh pressure fuel pump
- 4242
- KraftstoffhochdruckspeicherHigh pressure fuel storage
- 4444
- Einlassinlet
- 4646
- EinlassventilInlet valve
- 4848
- Auslassventil outlet valve
- 5050
- StarteinheitStarting unit
- 5252
- Starterstarter
- 5454
- Starter-GeneratorStarter generator
- 5656
- elektrischer Antriebsmotorelectric drive motor
- 5858
- Zylindercylinder
- 6060
- KolbenPistons
- 6262
- Pleuelconnecting rod
- 6464
- Kurbelwelle crankshaft
- 7070
- MotorsteuergerätEngine control unit
- 7272
- SpeichereinheitStorage unit
- 7474
- RecheneinheitComputing unit
- 7676
- ProgrammcodeProgram code
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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