DE10242767A1 - Supply of secondary air to automotive exhaust gas system during warm-up phase involves using system in which engine cylinders has non cam-driven inlet and outlet valve system which is regulated by electronic control unit - Google Patents

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Abstract

Supply of secondary air to an automotive exhaust gas system during the warm-up phase, involves using system in which one of the several engine cylinders has a non cam-driven inlet and outlet valve system which is regulated by an electronic control unit. The cylinder further has an ignition shut-off system. The cylinder ingests and compresses air for discharge to the exhaust system. Operation of the air pump cylinder and other cylinders is regulated by electronic controls linked to electromagnetic actuators. When compressed air is released from the air compression cylinder, it is at high temperature and discharges in this condition to the exhaust system together with a measured quantity of fuel.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Sekundärluft-Zuführung in die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a Process for secondary air supply in the exhaust system of an internal combustion engine.

Die Sekundärlufteinblasung dient bekanntlich bei Kaltstart und anschließendem Warmlauf der Brennkraftmaschine zum schnelleren Aufheizen eines insbesondere motorfernen Katalysators. Hierbei wird Frischluft zur nachträglichen Verbrennung von Abgasbestandteilen möglichst nahe einem Auslassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine dem Abgasstrom über ein Leitungssystem zugeführt. Das Leitungssystem umfasst eine mit einer Druckquelle verbundene Zuleitung zu einer Verteilerleitung mit zumindest entsprechend der Anzahl der Zylinder vorgesehenen Einblassstellen. Als Druckquelle dient vorwiegend eine gesonderte Pumpe. Zur Aktivierung bzw. zur Deaktivierung der Sekundärlufteinblasung umfasst das Leitungssystem in der Zuleitung ein von vorbestimmten Parametern der Brennkraftmaschine oder der Abgasanlage abhängig schaltbares Ventil, das zusätzlich mit einem Rückschlagventil kombiniert ist.As is known, the secondary air injection serves at cold start and afterwards Warm-up of the internal combustion engine to heat up a faster in particular, a catalyst remote from the engine. Here fresh air becomes later Combustion of exhaust gas components as close as possible to an exhaust valve of a cylinder of the internal combustion engine to the exhaust gas flow Line system fed. The line system includes one connected to a pressure source Supply line to a distribution line with at least according to the Number of injection points provided for cylinders. As a pressure source mainly serves a separate pump. For activation or for Deactivation of secondary air injection includes the line system in the supply line one of predetermined parameters the internal combustion engine or the exhaust system switchable valve that additionally with a check valve is combined.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in schematischer Darstellung aus der DE-41 41 946 A bekannt, wobei der Öffnungsquerschnitt des Ventils zur Men gensteuerung der Frisch- bzw. Sekundärluft elektrisch/elektronisch auf Zeitbasis gesteuert ist, zusätzlich ist die Sekundärluft-Pumpe drehzahlvariabel ausgebildet.Such an arrangement is for example in a schematic representation from the DE-41 41 946 A is known, the opening cross-section of the valve for men gene control of the fresh or secondary air is controlled electrically / electronically on a time basis, in addition, the secondary air pump is designed to be variable in speed.

Aus der DE-43 26 340 C2 ist zur Steuerung der Sekundärluft ein pneumatisch gesteuertes Ventil bekannt, dessen Ventilkörper gegen den Widerstand einer Schließfeder über eine vom Differenzdruck aus Atmosphärendruck und Ansaugunterdruck der Luftansauganlage gesteuerte Membrane in einer Steuerkammer betätigt wird , wobei die vorgenannten Drücke über ein Elektromagnetventil zugesteuert werden. Eine Feindosierung der Sekundärluftmenge insbesondere bei geringen Ladungswechseln im Kaltstart ist mit dieser Bauart von Ventilen durch die gegenseitige Abstimmung von Schließfeder und Membrangröße überaus schwierig, vor allem bei fehlendem Bauraum für eine Steuerkammer zur Aufnahme einer großflächigen Membrane. Weiter ergibt sich in Verbindung mit einem baulich integrierten Rückschlagventil einerseits und dem zusätzlichen Elektromagnetventil andererseits eine aufwändige Ausgestaltung.From the DE-43 26 340 C2 a pneumatically controlled valve is known for controlling the secondary air, the valve body of which is actuated in a control chamber against the resistance of a closing spring via a membrane controlled by the differential pressure from atmospheric pressure and suction negative pressure of the air intake system, the aforementioned pressures being controlled by an electromagnetic valve. With this type of valve, fine metering of the secondary air volume, especially when there are few charge changes during cold starts, is extremely difficult due to the mutual coordination of closing spring and diaphragm size, especially if there is not enough space for a control chamber to accommodate a large-area diaphragm. Furthermore, in connection with a structurally integrated check valve on the one hand and the additional solenoid valve on the other hand, a complex design results.

Eine verbesserte Steuerung der Sekundärluft mittels eines membranbetätigten Sekundärluft-Ventils erscheint mit der Zuführ-Vorrichtung gemäß der DE-199 18 470 A gegeben dadurch, dass die Membrane in Öffnungsrichtung des Ventil-Körpers vom Überdruck einer Sekundärluft-Pumpe einerseits und von einem Unterdruck andererseits beaufschlagt ist, wobei der Unterdruck mittels einer Saugstrahlpumpe in der Leitung der Sekundärluft-Pumpe zum Ventil erzeugt wird. Zur Abstimmung der auch bei diesem Ventil vorhandenen Schließfeder wird eine Federvorspannung vorgeschlagen, die verhindert, dass das Ventil durch einen in der Abgasanlage wirksamen Unterdruck geöffnet wird.An improved control of the secondary air by means of a membrane-operated secondary air valve appears with the feed device according to the DE-199 18 470 A. given that the diaphragm in the opening direction of the valve body is acted upon by the excess pressure of a secondary air pump on the one hand and by a negative pressure on the other hand, the negative pressure being generated in the line of the secondary air pump to the valve by means of a suction jet pump. To adjust the closing spring also present in this valve, a spring preload is proposed which prevents the valve from being opened by an underpressure effective in the exhaust system.

Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Sekundärluft über in der Abgasleitung herrschenden Unterdruck mittels einer Leitungsanordnung über ein Rückschlagventil anzusaugen, das bei Überdruck schließt.It is also in the prior art known secondary air over in the Exhaust pipe prevailing negative pressure by means of a line arrangement via a check valve suction that closes when overpressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren mit geringerem Bauaufwand durch eine Nutzung vorhandener Einrichtungen durchzuführen.The invention is based on the object generic method with less construction effort by using existing facilities perform.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit nockenwellenlosem Ventiltrieb mit mittels einer elektronischen Steuerung variabel steuerbaren Gaswechselventilen sowie mit einer funktionell gekoppelten Zylinderabschalteinrichtung aus einem unbefeuerten Zylinder mit mindestens je einem vorbestimmt gesteuert betätigten Ein- und Auslass-Ventil eine jeweilig angesaugte und komprimierte Luftmenge im wesentlichen der Abgasanlage als Sekundärluft zugeführt wird.This task is with the claim 1 solved by that in a multi-cylinder internal combustion engine with camshaft-less Valve train with variable by means of an electronic control controllable gas exchange valves as well as with a functionally coupled Cylinder deactivation device with an unfired cylinder at least one inlet and outlet valve operated in a predetermined manner, one in each case sucked and compressed amount of air essentially the exhaust system as secondary air supplied becomes.

Mit der Erfindung kann auf ein herkömmliches Einblassystem für Sekundärluft aus Gründen des Energieverbrauches und des Mehrgewichtes verzichtet werden. Sie bietet aber auch den Vorteil der zusätzlichen Verwendung eines derartigen Einblassystems mit geringst möglichem Bauaufwand für den Fall, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Zylinderabschalteinrichtung aus funktionellen oder anderen Gründen nicht aktivierbar ist, so dass Sekundärluft über dieses Ersatzsystem zugeführt wird.With the invention, a conventional Injection system for secondary air for the sake of Energy consumption and additional weight can be dispensed with. she but also offers the advantage of additional use of such Injection system with the least possible Construction effort for the Case that when the internal combustion engine starts cold, the cylinder deactivation device cannot be activated for functional or other reasons, so secondary air over this Replacement system fed becomes.

An nockenwellenlosen Ventiltrieben sind bekannt ein pneumatischer Ventiltrieb, z. B. gemäß der DE 196 01 308 , sowie ein hydraulischer Ventiltrieb, bspw. gemäß der DE 30 24 298 A . Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als nockenwellenloser Ventiltrieb vorgeschlagen, dass die Gaswechselventile bzw. die Ein- und Auslass-Ventile von befeuerten und unbefeuerten Zylindern jeweils kennfeldgesteuert mittels elektromagnetischer Aktoren betätigt werden. Hierzu ist z.B. auf die DE 199 51 315 A verwiesen.A pneumatic valve train, for. B. according to the DE 196 01 308 , and a hydraulic valve train, for example DE 30 24 298 A , According to a preferred embodiment of the invention, it is proposed as a camshaft-less valve train that the gas exchange valves or the inlet and outlet valves of fired and unfired cylinders are actuated in each case in a map-controlled manner by means of electromagnetic actuators. For this, for example, on the DE 199 51 315 A directed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Luftmenge im unbefeuerten Zylinder durch relativ frühes Öffnen des Auslassventils höher komprimiert und damit als höher temperierte Sekundärluft der Abgasanlage zugeführt wird.In a further embodiment of the invention it is suggested that the amount of air in the unfired cylinder by opening the Exhaust valve higher compressed and thus as higher tempered secondary air fed to the exhaust system becomes.

Mit dieser Verfahrensmaßnahme kann die vom herkömmlichen Reaktionsort nahe dem jeweiligen Auslassventil entfernt in der Abgasleitung stattfindende Reaktion von Sekundärluft und Abgas kompensiert werden, wobei die erhöhte Temperatur der Sekundärluft einerseits über die angesaugte Luftmenge und andererseits über das durch den Öffnungszeitpunkt des Auslassventils beeinflussbare Maß der Kompression bestimmbar ist. Durch die höher temperierte Sekundärluft ist insbesondere eine für motorfern angeordnete Katalysatoren erforderliche, temperatursteigernde Abgas-Nachverbrennung sicher erzielt.With this method measure, the distance from the conventional reaction location near the respective outlet valve can take place in the exhaust line Finding reaction of secondary air and exhaust gas can be compensated, wherein the elevated temperature of the secondary air can be determined on the one hand via the amount of air sucked in and on the other hand via the degree of compression that can be influenced by the opening time of the exhaust valve. Due to the higher temperature secondary air, a temperature-increasing exhaust gas afterburning, which is required for catalysts located remotely from the engine, is achieved in particular.

Eine gesteigerte Abgas-Nachverbrennung in der Abgasanlage wird weiter dadurch erreicht, dass der vom unbefeuerten Zylinder angesaugten Luftmenge eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zugesetzt wird. Dies ermöglicht u.U. eine Anfettung der befeuerten Zylinder beim Kaltstart zu reduzieren.Increased exhaust gas afterburning in the exhaust system is further achieved by that of the unfired Cylinder intake air amount a predetermined amount of fuel is added. this makes possible u.U. to reduce enrichment of the fired cylinders on cold start.

Die Erfindung ist im folgenden beschrieben.The invention is described below.

Wenn eine Brennkraftmaschine nicht durch ihre thermodynamischen Eigenschaften die erforderliche Abgasqualität in der Kaltstart- und Warmlaufphase trotz erhöhter Kraftstoffzufuhr erreicht, ist es üblich, zur Einhaltung von Emissionsvorschriften dem Abgas Sekundärluft beizumischen. Anstelle der hierfür mit erheblichen Aufwand durchgeführten, bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß ein durch Nutzung vorhandener Einrichtungen durchzuführendes Verfahren angegeben.If an internal combustion engine does not due to their thermodynamic properties, the required exhaust gas quality in the Cold start and warm-up phase reached despite increased fuel supply, it is usual, Add secondary air to the exhaust gas to comply with emission regulations. Instead of this carried out with considerable effort, Known methods according to the invention is an existing one Facilities to be implemented Procedure specified.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit nockenwellenlosem Ventiltrieb mit mittels einer elektronischen Steuerung variabel steuerbaren Gaswechsel-Ventilen sowie einer funktionell gekoppelten Zylinderabschalteinrichtung aus einem unbefeuerten Zylinder mit mindestens je einem vorbestimmt gesteuert betätigten Ein- und Auslass-Ventil eine jeweilig angesaugte und komprimierte Luftmenge im wesentlichen der Abgasanlage als Sekundärluft zugeführt wird.The method according to the invention is characterized in that in a multi-cylinder internal combustion engine with camshaft-less valve train with variably controllable by means of an electronic control Gas exchange valves and a functionally coupled cylinder deactivation device from an unfired cylinder with at least one predetermined each controlled operated Inlet and outlet valve a respective amount of air sucked in and compressed the exhaust system as secondary air supplied becomes.

Vorzugsweise werden die Gaswechselventile bzw. die Ein- und Auslass- Ventile von befeuerten und unbefeuerten Zylindern jeweils kennfeldgesteuert mittels elektromagnetischer Aktoren betätigt.The gas exchange valves are preferred or the inlet and outlet valves of fired and unfired Cylinder controlled by map using electromagnetic Actuators actuated.

Zur Erzielung einer intensiveren exothermen Reaktion von Abgas und Sekundärluft wird die Luftmenge im unbefeuerten Zylinder durch relativ frühes Öffnen des Aus lassventils höher komprimiert und damit als höher temperierte Sekundärluft der Abgasanlage zugeführt.To achieve a more intense Exothermic reaction of exhaust gas and secondary air is the amount of air in the Unfired cylinder compressed by opening the exhaust valve relatively early and thus as higher tempered secondary air fed to the exhaust system.

Die Abgas-Nachverbrennung lässt sich weiter dadurch steigern, dass der vom unbefeuerten Zylinder angesaugten Luftmenge eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zugesetzt wird, so dass dieses Luft-Kraftstoff-Gemisch mit dem heißen Abgas eine gesteigerte Nachverbrennung ergibt für eine kürzere Aufheizzeit eines Katalysators, wodurch die Konversion früher einsetzen kann.The exhaust gas afterburning can further increase that that sucked in by the unfired cylinder Air amount is added a predetermined amount of fuel, so that this air-fuel mixture with the hot exhaust gas increased Afterburning results in a shorter heating-up time a catalyst, which means that the conversion can start earlier.

Für den Fall, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine aus funktionellen oder äußeren Umständen die Zyliderabschalteinrichtung nicht aktivierbar ist, kann eine vorgesehene herkömmliche Sekundärluft-Pumpe mit baulich einfachstem Einblassystem aktiviert werden.For the case that when the internal combustion engine is cold started from functional or external circumstances the Cylider switch-off device can not be activated, can be provided conventional Secondary air pump can be activated with the simplest constructional blowing system.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient demnach ein abschaltbarer Zylinder einer Brennkraftmaschine mit frei steuerbaren Gaswechselventilen eines nockenwellenlosen Ventiltriebes als Luftpumpe zur Förderung von Sekundärluft in die Abgasanlage.In the method according to the invention accordingly, a cylinder of an internal combustion engine that can be deactivated is used with freely controllable gas exchange valves of a camshaft-less Valve train as an air pump for conveying secondary air in the exhaust system.

Claims (5)

Verfahren zur Sekundärluft-Zuführung in die Abgasanlage einer Brennkraft-Maschine, dadurch gekennzeichnet, – dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit nockenwellenlosem Ventiltrieb mit mittels einer elektronischen Steuerung variabel steuerbaren Gaswechselventilen sowie mit einer funktionell gekoppelten Zylinderab-Schalteinrichtung aus einem unbefeuerten Zylinder mit mindestens je einem vorbestimmt gesteuert betätigten Ein- und Auslass-Ventil eine jeweilig angesaugte und komprimierte Luftmenge im wesentlichen als der Abgasanlage als Sekundärluft zugeführt wird.Method for supplying secondary air to the exhaust system of an internal combustion engine, characterized in that - in the case of a multi-cylinder internal combustion engine with a camshaft-free valve train with gas exchange valves which can be variably controlled by means of an electronic control, and with a functionally coupled cylinder deactivation device from an unfired cylinder, each with at least one predetermined controlled operated intake and exhaust valve, a respective intake and compressed air quantity is supplied as secondary air to the exhaust system essentially. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Gaswechselventile bzw. die Ein- und Auslass-Ventile von befeuerten und unbefeuerten Zylindern jeweils kennfeldgesteuert mittels elektromagnetischer Aktoren betätigt werden.A method according to claim 1, characterized in - that the Gas exchange valves or the inlet and outlet valves of fired and unfired cylinders, each controlled by a map using electromagnetic Actuators actuated become. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ,dadurch gekennzeichnet, – dass die Luftmenge im unbefeuerten Zylinder durch relativ frühes Öffnen des Auslassventils höher komprimiert und damit als höher temperierte Sekundärluft der Abgasanlage zugeführt wird. A method according to claim 1 and 2, characterized in - that the Air volume in the unfired cylinder by opening the Exhaust valve higher compressed and thus as higher tempered secondary air of the Exhaust system supplied becomes. Verfahren nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, – dass der vom unbefeuerten Zylinder angesaugten Luftmenge eine vorbestimmte Kraftstoffmenge zugesetzt wird zur gesteigerten Abgas-Nachverbrennung in der Abgasanlage.Process according to the claims 1-3, characterized - that the Amount of air drawn in by the unfired cylinder is a predetermined amount Amount of fuel is added for increased exhaust gas afterburning in the exhaust system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4 , dadurch gekennzeichnet, – dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit nicht aktivierbarer Zylinderabschalteinrichtung eine gesonderte Sekundärluft-Pumpe mit baulich einfachstem Einblassystem aktiviert wird.Method according to one of claims 1-4, characterized in that - that at a cold start of the internal combustion engine with a cylinder deactivation device that cannot be activated separate secondary air pump is activated with the simplest constructional blowing system.
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