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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
nach dem die Brennkraftmaschine derart gesteuert werden soll, dass
ein rasches Erwärmen
eines Abgaskatalysators unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine erzielt
wird.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Zum
Reinigen des Abgases unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine
muss ein in dem Auslasssystem der Kraftmaschine angeordneter Katalysator
schnell aktiviert werden. Zu diesem Zweck wird in einer in der japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. 2000-170556 offenbarten Steuervorrichtung das Auslassventil
zeitweise in dem Expansionstakt unter Verwendung eines variablen
Ventilzeitgebungssystems geöffnet
und somit wird es dem Abgas bei einer hohen Temperatur in dem Expansionstakt
ermöglicht,
in den Katalysator zu strömen,
mit dem Bestreben, die Temperatur des Katalysators schnell auf eine
Aktivierungstemperatur zu erhöhen.
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Im Übrigen ist
die Verbrennung im allgemeinen direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine
instabil. Daher wird zum Stabilisieren der Verbrennung das Verbrennungs-Luft-Kraftstoffverhältnis so
gewählt,
dass es fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist,
und daher enthält
das Abgas eine relativ große
Menge an unverbranntem Kraftstoff. Gemäß der vorstehenden Steuervorrichtung
kann der Katalysator daher im Vergleich zu dem Zustand, in dem er
normal erwärmt
ist, schnell aktiviert werden. Es ist jedoch vorteilhaft, den Katalysator
durch Verbrennen des unverbrannten Kraftstoffs in dem Abgas, welches
in dem Auslasstakt unter Verwendung von Zusatzluft in den Katalysator
ausgelassen wurde, anstatt durch Erhöhen der Temperatur des Katalysators
durch Verwendung lediglich der Abgastemperatur schnell zu aktivieren,
obwohl die Temperatur des in dem Auslasstakt ausgelassenen Abgases
niedriger als die des in dem Expansionstakt ausgelassenen Abgases
sein kann.
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Allerdings
können
ein Rohr zum Verbinden des Luftreinigers mit dem Brennkraftmaschinenauslasssystem
und eine Pumpe zum Zuführen
der Zusatzluft zu dem Brennkraftmaschinenauslasssystem nicht einfach
an einem Kraftfahrzeug montiert werden.
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Die
US 6 637 386 B2 zeigt
eine Brennkraftmaschine, bei der eine zeitliche Überlappung der Ventilöffnung von
Einlassventil und Auslassventil zwischen dem Auslasstakt und dem
nachfolgenden Einlasstakt des Zylinders vorgesehen ist. Damit soll
im Auslasstakt austretender Kraftstoff zur erneuten Verbrennung
in den Zylinder zurückgesaugt
werden.
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Aus
der
DE 100 23 420
A1 ist eine Verstellung der Dauer der Ventilüberlappung
zwischen Auslasstakt und Einlasstakt bekannt. Die
DE 100 26 990 A1 beschreibt
ein Ventilzeitsteuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine, das Änderungen
der Ventilsteuerzeiten rasch folgen kann.
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Die
US 2001/0017115 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem
elektromagnetischen Ventilbetätigungssystem,
das die Ventilöffnungszeiten
mehrerer Ein- bzw. Auslassventile eines Zylinders steuern kann.
Die
JP 2000 328911
A zeigt ein Ventilzeitensteuerungssystem, das mittels verschiedener
Nocken den Ventilhub und mittels einer Drehlageverstellung der Nockenwelle
relativ zur Drehlage der Kurbelwelle sowohl Hub als auch Zeitpunkt
der Ventilöffnung
des Einlassventils einer Brennkraftmaschine verstellen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die mit geringem zusätzlichem
Aufwand eine Zuführung
von Zusatzluft zu dem Katalysator ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit Anspruch 1 gelöst; eine
Lösung
hinsichtlich der Vorrichtung ist in Anspruch 6 aufgezeigt.
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Erfindungsgemäß wird mindestens
das Einlassventil im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine geöffnet, so
dass dem dann im Auslasstakt auszuschiebenden Abgas Zusatzluft hinzugefügt wird.
Anders gesagt, ohne zusätzliche
Leitungsführung
wird Einlassluft in den Zylinder eingefüllt, so dass das Abgas dann
genug Sauerstoff enthält
um den im Abgas des verbrannten fetten Gemischs verbliebenen Kraftstoff am
Katalysator umzusetzen, wodurch letzterer erwärmt wird. Dies ist bei Zwei-
und Viertaktmotoren anwendbar, wobei das Einlassventil geöffnet wird, während sich
der Kolben direkt nach der Verbrennung abwärts bewegt, d.h. in dem Expansionstakt von
viertaktigen Kraftmaschinen oder in dem Spültakt von zweitaktigen Kraftmaschinen,
so dass die Einlassluft in den Zylinder zugeführt wird. Daher wird, wenn
das Auslassventil geöffnet
ist, die Einlassluft in dem Zylinder zusammen mit dem Abgas eines
fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses
direkt nach dem Start der Kraftmaschine zu dem Katalysator zugeführt. Somit kann
die Zusatzluft einfach zu dem Abgas des fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses
zugeführt
werden, ohne dabei Rohre zu benötigen,
die nicht einfach an dem Kraftfahrzeug montierbar sind, wobei unverbrannter Kraftstoff
in dem Abgas in dem Katalysator verbrannt werden kann und der Katalysator
schnell auf die Aktivierungstemperatur aufgewärmt werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer Brennkraftmaschine veranschaulicht, an
der eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung montiert
ist.
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2 zeigt Zeitdiagramme, die die Steuerungsbetriebe
zum Öffnen
und Schließen
des Einlassventils und des Auslassventils veranschaulichen, wobei 2(A) den Steuerungsbetrieb unter normalen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, 2(B) den Steuerungsbetrieb unmittelbar nach dem
Start der Brennkraftmaschine und 2(C) den
Steuerungsbetrieb unter Kraftmaschinenbetriebsbedingungen bei niedriger
Last zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 ist
eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer Brennkraftmaschine veranschaulicht, an
der eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung montiert
ist. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Motorblock, 2 einen
Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben
und 5 eine Brennkammer. In dem Zylinderkopf 3 sind
eine Einlassöffnung 7,
die mit der Brennkammer 5 über ein Einlassventil 6 verbunden ist
und eine Auslassöffnung 9,
die über
ein Auslassventil 8 mit der Brennkammer 5 verbunden
ist, ausgebildet. Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Zündkerze,
die der Brennkammer 5 zugewandt ist und 11 bezeichnet
einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in
die Brennkammer 5. Bezugszeichen 11a bezeichnet
eine Druckkraftstoffkammer zum Zuführen eines Hochdruckkraftstoffs
zu dem Kraftstoffinjektor 11 an jedem Zylinder, welcher
unter Verwendung des von einer Kraftstoffpumpe 11b zugeführten Kraftstoffs
bei einem erwünscht
hohen Kraftstoffdruck beibehalten wird.
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Ein
Abzweigungsrohr 13 eines Einlasskrümmers, der sich stromabwärts eines
Zwischenbehälters 12 befindet,
ist mit der Einlassöffnung 7 verbunden
und ein Einlassluftsteuerventil 14 ist in dem Abzweigungsrohr 13 jedes
Zylinders angeordnet. Das Einlassluftsteuerventil 14 wird
durch eine Antriebseinheit 15, wie z.B. einen Schrittmotor
oder dgl. bzgl. seines Öffnungsgrads
ungehindert gesteuert. In einer Einlassleitung 16, die
sich stromaufwärts
des Zwischenbehälters 12 befindet,
sind von der stromabwärtigen
Seite aus gesehen ein Zwischenkühler 17,
ein Bypass-Durchflussrateneinstellventil 18, ein Kompressor
eines Turboladers 19 und ein Luftströmungsmessgerät 20 angeordnet.
Die Einlassleitung 16 ist durch einen Luftreiniger 21 mit
der Atmosphäre verbunden.
Anstelle des Einlassluftsteuerventils 14 in jedem Abzweigungsrohr 13 kann
ein Drosselventil in der Einlassleitung 16 unmittelbar
stromaufwärts des
Zwischenbehälters 12 angeordnet
sein. In diesem Fall ist es wünschenswert,
dass das Drosselventil durch einen Schrittmotor oder dgl., ähnlich wie
das Einlasssteuerventil 14 angetrieben wird und dass sein Öffnungsgrad
ungehindert eingestellt wird, ohne mechanisch mit dem Gaspedal verbunden
zu sein.
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Der
Zwischenkühler 17 dient
zum Kühlen
der Einlassluft und ist bspw. wassergekühlt und hat einen Radiator 17a und
eine Kreiselpumpe 17b. Das Bypass-Durchflussrateneinstellventil 18 hat
einen Bypass-Durchlass 18a, der den Zwischenkühler 17 umgeht
und dient zum Einstellen der Durchflussrate der Einlassluft, die
in den Zwischenkühler 17 strömt.
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Andererseits
ist an die Auslassöffnung 9 eines
jeden Zylinders ein Abzweigungsrohr 22 eines Auslasskrümmers angeschlossen,
der sich stromaufwärts
der Turbine des Turboladers 19 befindet. Die stromabwärts liegende
Seite der Turbine des Turboladers 19 ist durch einen Katalysator 23 mit
der Atmosphäre
in Verbindung, in dem ein Dreiwege-Katalysator und ein NOx absorbierender
und reduzierenden Katalysator in Reihe angeordnet sind. Bezugszeichen 19a bezeichnet
ein Ladedruckeinstellventil, das in einem Ladedruckregeldurchlass 19b angeordnet
ist, der die Turbine des Turboladers 19 umgeht.
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Das
Einlassventil 6 kann durch ein elektromagnetisches Stellglied 6a als
ein variables Ventilzeitgebungssystem für das Einlassventil jederzeit
geöffnet
und geschlossen werden. Das Auslassventil 8 kann zudem
durch ein elektromagnetisches Stellglied 8a als ein variables
Ventilzeitgebungssystem für
das Auslassventil jederzeit geöffnet
und geschlossen werden. Bezugszeichen 24 bezeichnet eine
Treiberschaltung zum Antreiben der elektromagnetischen Stellglieder 6a und 8a und
wird durch eine Steuervorrichtung 30 gesteuert. Die Steuervorrichtung 30 öffnet und
schließt
nicht nur die Einlassventile 6 und die Auslassventile 8 über die
Treiberschaltung 24, sondern steuert auch den Öffnungsgrad
des Einlassluftsteuerventils 14 über die Treibereinheit 15, die
Menge des eingespritzten Kraftstoffs und die Kraftstoffeinspritzzeitgebung über den
Kraftstoffinjektor 11, die Zündzeitgebung über die
Zündkerze 10, den
Kraftstoffdruck in der Druckkraftstoffkammer 11a über die
Kraftstoffpumpe 11b, die Temperatur der Einlassluft über das
Bypass- Durchflussrateneinstellventil 18,
und den Ladedruck über
das Ladedruckeinstellventil 19a.
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2 ist ein Zeitdiagramm der Öffnungs- und
Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 durch
die Steuervorrichtung 30 über die elektromagnetischen
Stellglieder 6a und 8a. In 2 gibt
(B) den unteren Totpunkt wieder und (T) gibt den oberen Totpunkt
wieder. 2(A) veranschaulicht die Öffnungs- und Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 in
einem normalen Brennkraftmaschinenbetrieb. In dem normalen Brennkraftmaschinenbetrieb
führt die
Brennkraftmaschine einen Viertaktbetrieb einschließlich Einlasstakt,
Verdichtungstakt, Expansionstakt und Auslasstakt durch, wobei das
Einlassventil 6 kurz vor dem oberen Auslasstotpunkt geöffnet und
kurz nach dem unteren Einlasstotpunkt geschlossen wird und wobei
das Auslassventil 8 kurz vor dem unteren Expansionstotpunkt
geöffnet
und kurz nach dem oberen Auslasstotpunkt geschlossen wird.
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In
dem Viertaktbetrieb und wenn bspw. die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge
gering ist, wird der Kraftstoff in der letzten Hälfte des Verdichtungstakts
eingespritzt, um ein brennbares Gemisch in der Nähe der Zündkerze und somit eine geschichtete
Ladungsverbrennung zu bilden, die es ermöglicht, dass die Verbrennung
bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis in
dem gesamten Zylinder ausgeführt
wird. Wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs groß wird,
was mit einem Anstieg der Brennkraftstoffmaschinenlast einhergeht,
wird der Kraftstoff in den Einlasstakt eingespritzt, um ein gleichmäßiges Gemisch in
dem gesamten Zylinder zu bilden und somit wird die gleichmäßige Ladungsverbrennung hauptsächlich bei
stöchiometrischem
Luft-Kraftstoffverhältnis ausgeführt. Entweder
in der geschichteten Ladungsverbrennung oder in der gleichmäßigen Ladungsverbrennung
wird die Zündung
durch die Zündkerze 10 in
der Nähe
des oberen Verdichtungstotpunkts bewirkt und die Verbrennung findet
bis unmittelbar nach dem oberen Verdichtungstotpunkt statt.
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Bei
der Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis, wie es bei der geschichteten Ladungsverbrennung
der Fall ist, enthält
das Abgas größere Mengen
NOx als HC und CO und der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator
wird zum Reinigen des NOx verwendet. Bei der Verbrennung bei dem
stöchiometrischen
Luft-Kraftstoffverhältnis, wie
es bei der gleichmäßigen Ladungsverbrennung
der Fall ist, werden HC, CO und NOx in dem Abgas bevorzugter Weise
unter Verwendung des Dreiwege-Katalysators
gereinigt.
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Somit
wird in dem normalen Kraftmaschinenbetrieb ungeachtet dessen, welche
Verbrennung ausgeführt
wird, das Abgas günstiger
Weise durch den NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator oder
den Dreiwege-Katalysator gereinigt. Im Übrigen wird während des
Starts der Brennkraftmaschine und direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine
bspw. die gleichmäßige Ladungsverbrennung
ausgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt wurde jedoch das Katalysatorelement in dem Dreiwege-Katalysator
nicht auf seine Aktivierungstemperatur erwärmt und ist somit nicht in der
Lage, das Abgas geeignet zu reinigen. Der Dreiwege-Katalysator wird
schließlich
aufgewärmt
und das davon getragene Katalysatorelement wird vollständig aktiviert,
um das Abgas geeignet zu reinigen. Jedoch wird bis dahin das Abgas,
das nicht ausreichend gereinigt wurde, in die Atmosphäre emittiert. Um
die Menge dieser Emission zu verringern, wurde es wünschenswert,
den Dreiwege-Katalysator
so schnell wie möglich
aufzuwärmen,
so dass die Temperatur des gesamten Katalysators auf die Katalysator-Aktivierungstemperatur
erhöht
ist.
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Während des
Starts der Brennkraftmaschine und direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine wird
der eingespritzte Kraftstoff nicht geeignet zerstäubt und
somit wird die Verbrennung instabil. Daher wird das Verbrennungs-Luft-Kraftstoffverhältnis so eingestellt,
dass es fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist
und somit ist eine relativ große
Menge unverbrannten Kraftstoffs in dem Abgas enthalten. Daher kann,
wenn der unverbrannte Kraftstoff durch das Katalysatorelement zu
einem Zeitpunkt verbrannt wird, zu dem lediglich das Katalysatorelement,
das an dem stromaufwärtigen
Abgasabschnitt des Dreiwege-Katalysators
getragen wird, auf die Aktivierungstemperatur erhöht ist,
der gesamte Katalysator zu einem sehr frühen Zeitpunkt auf die Katalysator-Aktivierungstemperatur
erhöht werden.
Für gewöhnlich kann
dies jedoch aufgrund des Mangels an Sauerstoff nicht realisiert
werden.
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2(B) veranschaulicht die Öffnungs- und Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 direkt
nach dem Start der Brennkraftmaschine. Dabei wird das Auslassventil 8 an
der Anfangsstufe des Expansionstakts nach dem Ende der Verbrennung
direkt nach dem oberen Verdichtungstotpunkt geöffnet, um den Druck in dem
Zylinder bevorzugter Weise auf den Atmosphärendruck zu senken, und dann
wird das Auslassventil 8 geschlossen. Daher wird von der
mittleren Stufe in dem Expansionstakt bis kurz nach dem unteren
Expansionstotpunkt der Druck in dem Zylinder kleiner als der Atmosphärendruck,
aufgrund eines Anstiegs des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben
herabbewegt. Während dieser
Zeitspanne ist das Einlassventil 6 geöffnet, um die Einlassluft in
den Zylinder einzuführen.
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Im
Auslasstakt wird das Auslassventil 8 wieder geöffnet, wodurch
die in den Zylinder eingeführte Einlassluft
als die Zusatzluft zusammen mit dem Abgas, welches in großen Mengen
unverbrannten Kraftstoff enthält,
in den Dreiwege-Katalysator
zugeführt wird.
Dafür kann
dann, wenn lediglich das an dem stromaufwärts liegenden Auslassabschnitt
des Dreiwege-Katalysators getragene Katalysatorelement auf die Aktivierungstemperatur
aufgewärmt
ist, der unverbrannte Kraftstoff durch dieses Katalysatorelement
unter Verwendung einer ausreichenden Sauerstoffmenge, die in der
Einlassluft enthalten ist, verbrannt werden und somit kann der gesamte
Dreiwege-Katalysator sehr schnell auf die Aktivierungstemperatur
des Katalysatorelements erwärmt
werden. Die Verbrennungswärme
des unverbrannten Kraftstoffs in dem stromaufwärts liegenden Abschnitt des Dreiwege-Katalysators dient
nicht nur zum Erhöhen der
Temperatur des Dreiwege-Katalysators an sich, sondern auch dazu,
die Temperatur des NOx-Absorptions- und Reinigungskatalysators,
der sich stromabwärts
davon befindet, schnell auf die Aktivierungstemperatur zu erhöhen.
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Sogar
während
des Starts der Brennkraftmaschine und bevor die Verbrennung in allen
Zylindern stattfindet, können
das Auslassventil 8 und das Einlassventil 6 in
dem Expansionstakt auf ähnliche
Weise geöffnet
werden, wie dies unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine
der Fall ist, bei dem die Verbrennung in allen Zylindern stattfindet.
Während des
Starts der Brennkraftmaschine hat die Verbrennung in jedem Zylinder
jedoch die äußerste Vorrangigkeit
und daher ist es vorzuziehen, dass zur zuverlässigen Zündung und Verbrennung eine
solche Öffnungs- und Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 nicht
ausgeführt
wird.
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Direkt
nach dem Start der Brennkraftmaschine ist eine große Einlassluftmenge
nicht erforderlich und somit wird die Menge der in den Zylinder
zugeführten
Einlassluft in dem Einlasstakt durch das Einlassluftsteuerventil 14 oder
das Drosselventil gedrosselt. Daher kann in der mittleren Stufe
in dem Expansionstakt oder in der letzten Stufe des Expansionstakts
selbst dann der Druck in dem Zylinder niedriger als der Atmosphärendruck
werden, wenn das Auslassventil 8 in der Anfangsstufe des
Expansionstakts direkt nach der Verbrennung nicht geöffnet wird
und dadurch der Druck in dem Zylinder nicht gesenkt wird. Wenn in
diesem Fall das Einlassventil 6 geöffnet ist, wenn der Druck in
dem Zylinder niedriger als der Atmosphärendruck wird, kann Einlassluft
in den Zylinder zugeführt
werden. Dementsprechend muss in diesem Fall das Auslassventil 8 in
der Anfangsstufe des Expansionstakts nicht geöffnet werden.
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Obwohl
die Einlassluft in die Zylinder in dem Expansionstakt eingeführt wird
und zu dem Dreiwege-Katalysator
zugeführt
wird, kann der unverbrannte Kraftstoff in dem Abgas nicht verbrannt
werden, wenn der Katalysator des Dreiwege-Katalysators noch nicht
vollständig
aktiviert wurde. Wenn hierbei das Auslassventil 8 in der
Anfangsstufe des Expansionstakts direkt nach der Verbrennung geöffnet wird, fällt der
Druck in dem Zylinder ab und zur selben Zeit wird Abgas mit einer
hohen Temperatur direkt nach der Verbrennung zu dem Dreiwege-Katalysator geführt. Dies
ist zum schnellen Erhöhen
der Temperatur des Katalysatorelements an dem stromaufwärts liegenden
Auslassabschnitt des Dreiwege-Katalysators auf die Aktivierungstemperatur
vorteilhaft.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
befasste sich mit dem Fall, in dem der Dreiwege-Katalysator in dem
Katalysator 23 stromaufwärts des NOx-Absorptions- und
Reduktionskatalysators angeordnet ist. Wenn sich der NOx-Absorptions- und
Reduktionskatalysator an der stromaufwärts liegenden Seite befindet,
wird unverbrannter Kraftstoff auf dieselbe Weise, wie es vorstehend
beschrieben ist, durch das an dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator
getragene Oxidationskatalysatorelement verbrannt und somit kann
der gesamte Dreiwege-Katalysator zusammen mit dem gesamten NOx-Absorptions-
und Reduktionskatalysator auf deren Aktivierungstemperaturen schnell
erhöht
werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ferner sowohl die Verbrennung während des Starts der Brennkraftmaschine
als auch die Verbrennung unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine
eine gleichmäßige Ladungsverbrennung
bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis durch Einspritzen des
Kraftstoffs in den Einlasstakt. Diese Verbrennungen können jedoch
auch die geschichtete Ladungsverbrennung bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis durch Einspritzen
des Kraftstoffs in der letzten Hälfte
des Verdichtungstakts sein.
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Nach
vorteilhaftem Reinigen des Abgases unter Verwendung des Katalysators 23,
wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Öffnungs- und Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 in
dem Expansionstakt, wie dies in 2(B) gezeigt
ist, gestoppt, und stattdessen wird die herkömmliche Steuerung zum Öffnen und
Schließen,
wie sie in 2(A) gezeigt ist, ausgeführt. Bei Betriebsbedingungen
mit einer niedrigen Brennkraftmaschinenlast kann jedoch gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
der Viertaktbetrieb durch Öffnungs-
und Schließsteuerung
des Einlassventils 6 und des Auslassventils 8 zu
dem Zweitaktbetrieb wechseln, wie dies in 2(C) gezeigt
ist.
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In
dem Zweitaktbetrieb ist eine Ventilüberlappungszeitspanne für das Einlassventil 6 und
das Auslassventil 8 vorgesehen. Jedoch sind deren Öffnen und
Schließen
nahezu das gleiche wie das Öffnen und
Schließen
in dem Expansionstakt in 2(B). Das
heißt,
das Auslassventil wird geöffnet,
um das Abgas in die Anfangsstufe des Spültakts auszulassen, wodurch
der Druck in dem Zylinder abfällt.
Wenn das Auslassventil in der Zwischenstufe des Spültakts geöffnet ist,
wird daher die Einlassluft in den Zylinder eingeführt. Dann
startet unter Vorraussetzung des Verdichtungstakts die Verbrennung
in der Nähe
des oberen Verdichtungstotpunkts. Bei dem Zweitaktbetrieb findet
die Zeitgebung zum Einspritzen des Kraftstoffs statt, nachdem das
Auslassventil 8 in dem Spültakt geschlossen ist.
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In
dem gegenwärtigen
Zweitaktbetrieb kann die Zündung
durch die Zündkerze 10 nahe
dem oberen Verdichtungstodpunkt bewirkt werden. Wenn das Gemisch
jedoch selbstzündend
ist, wird die Verbrennungszeitspanne verkürzt und die Menge des erzeugten
NOx kann verringert werden. Daher basiert der gegenwärtige Zweitaktbetrieb
auf Selbstzündung.
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Beim
Verbrennen eines Gemischs werden im allgemeinen freie Radikale von
HC und dgl. gebildet. Wenn in dem Zylinder freie Radikale verbleiben, wird
aufgrund deren Aktivität
das Gemisch das nächste
Mal leichter selbstgezündet.
Freie Radikale sind sehr aktiv. In dem Viertaktbetrieb ist die Zeitspanne
von dem Zeitpunkt direkt nach der Verbrennung, die die freien Radikale
bildet, zu der Zündzeitgebung
in der letzten Stufe des Verdichtungstakts des nächsten Mals lang. Bei dieser
Zündzeitgebung haben
die freien Radikale bereits mit anderen Substanzen chemisch reagiert
und die Aktivität
der freien Radikale kann nicht zur Selbstzündung des Gemischs verwendet
werden.
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In
dem Zweitaktbetrieb ist andererseits die Zeitspanne vom Zeitpunkt
unmittelbar nach der Verbrennung bis zur letzten Stufe des Verdichtungstakts kurz
und durch Verbrennung gebildete freie Radikale können in dem Gemisch bis zur
letzten Stufe des Verdichtungstakts vorhanden sein und somit kann
das Gemisch selbstgezündet
werden. Das heißt,
obwohl das Auslassventil 8 in dem Spültakt geöffnet ist, wird nicht das gesamte
Abgas aus dem Zylinder ausgelassen; d.h. freie Radikale von HC sind
in dem im Zylinder verbleibenden Abgas enthalten und können zur
Selbstzündung
verwendet werden. Wenn das Abgas in relativ großen Mengen in dem Zylinder
verbleibt, senkt das inerte Gas, das die Hauptkomponente des Abgases
ist, die Verbrennungstemperatur, um die Menge von erzeugtem NOx
zu verringern. In dem Zweitaktbetrieb, in dem die Zeitspanne bis
zur Zündzeitgebung
kurz ist, kann die Temperatur des Abgases zur Selbstzündung verwendet
werden.
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Während einem
Betrieb der Brennkraftmaschine bei niedriger Last, die den Zweitaktbetrieb ausführt, ist
die Menge des Abgases gering, der Turbolader 19 arbeitet
nicht gut und somit kann der Einlassluftdruck kaum erhöht werden.
Falls jedoch der Druck in dem Zylinder durch Öffnen des Auslassventils in
der Anfangsstufe des Spültakts
direkt nach der Verbrennung gesenkt wird, wie dies mit Bezug auf den Öffnungs-
und Schließsteuerbetrieb
(2(B)) unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine beschrieben
wurde, wird der Druck in dem Zylinder im Niederlastbetrieb der Brennkraftmaschine
merklich geringer als der Atmosphärendruck aufgrund eines Anstiegs
des Volumens in dem Zylinder, wenn sich der Kolben nach unten bewegt,
und die Einlassluft wird selbst ohne die Aufladung zuverlässig in
den Zylinder zugeführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden
elektromagnetische Stellglieder als die variablen Ventilzeitgebungssysteme
für das
Einlassventil und als die variablen Ventilzeitgebungssysteme für das Auslassventil
verwendet, welche jedoch auch durch hydraulische Stellglieder ersetzt
werden können.
Ferner müssen
solche Stellglieder nicht verwendet werden. Wenn das Einlassventil 6 und
das Auslassventil 8 nämlich
nur durch drei in den 2(A), 2(B) und 2(C) gezeigte
Muster gesteuert wird, dann kann die Nockenwelle für das Einlassventil
und die Nockenwelle für
das Auslassventil jeweils mit drei Nocken versehen sein, um diese
drei Muster durchzuführen,
wobei diese Nocken umgeschaltet werden und nur die erforderlichen
Nocken wirksam werden können.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
das Einlassventil in dem Expansionstakt von Viertakt-Brennkraftmaschinen
oder in dem Spültakt von
Zweitakt-Brennkraftmaschinen
geöffnet,
so dass die Einlassluft in den Zylinder unter Verwendung des Unterschieds
zwischen dem Einlassöffnungsdruck und
dem Zylinderdruck zugeführt
wird. Dementsprechend wird streng genommen das Einlassventil so gesteuert,
dass es sich öffnet,
wenn der gegenwärtige
Einlassöffnungsdruck
in dem Expansionstakt oder in dem Spültakt höher als der Zylinderdruck wird.
Die Einlassventilsteuerung in Übereinstimmung
mit dem gegenwärtigen
Einlassöffnungsdruck
ist jedenfalls sehr kompliziert. Dementsprechend wird in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
dem Einlassöffnungsdruck
in dem Expansionstakt oder in dem Spültakt immer unterstellt, dass
er einen Atmosphärendruck
ist, um die Einlassventilsteuerung zu vereinfachen.
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Es
ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem
variablen Ventilzeitgebungssystem vorgesehen. Während sich der Kolben direkt
nach der Verbrennung in dem Zylinder abwärts bewegt, wird das Einlassventil
durch das variable Ventilzeitgebungssystem für das Einlassventil der Brennkraftmaschine
so geöffnet,
dass die Einlassluft von dem Brennkraftmaschineneinlasssystem dem
Zylinder zugeführt
wird.