WO2016082988A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2016082988A1
WO2016082988A1 PCT/EP2015/072309 EP2015072309W WO2016082988A1 WO 2016082988 A1 WO2016082988 A1 WO 2016082988A1 EP 2015072309 W EP2015072309 W EP 2015072309W WO 2016082988 A1 WO2016082988 A1 WO 2016082988A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion chamber
nacheinblasung
gaseous fuel
combustion
injection
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/072309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Eichhorn
David Lejsek
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US15/529,585 priority Critical patent/US10422291B2/en
Priority to CN201580065113.2A priority patent/CN107002564B/zh
Publication of WO2016082988A1 publication Critical patent/WO2016082988A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0255Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus to accelerate the warming-up of the exhaust gas treating apparatus at engine start
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections
    • F02D41/405Multiple injections with post injections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0647Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being liquefied petroleum gas [LPG], liquefied natural gas [LNG], compressed natural gas [CNG] or dimethyl ether [DME]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for injecting gaseous fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine to heat a downstream catalyst, and a control unit for
  • gaseous fuels are used more recently as fuels in internal combustion engines.
  • gasoline-powered internal combustion engines are gas-powered
  • Catalyst having the features of claim 1 has the advantage that a rapid and effective heating of a catalyst which has a temperature below a predetermined threshold temperature, is possible. This can significantly reduce exhaust emissions during a cold start. Furthermore, the inventive allows
  • the first Nacheinblasung takes place before an ignition in the combustion chamber.
  • a second Nacheinblasung of gaseous fuel into the combustion chamber is also significantly lower than that of the main injection.
  • the catalyst which is connected downstream of the combustion chamber, heat up faster, so that the emissions of the internal combustion engine at a cold start also at
  • Direct injection can be significantly reduced.
  • compressed natural gas CNG
  • the exhaust gas temperature should be as high as possible. It is of course important to ensure that the lowest possible
  • the second Nacheinblasung performed when a
  • Exhaust valve on the combustion chamber is open. Particularly preferred is a beginning of the second Nacheinblasung and a start of the opening of the
  • Exhaust valve synchronous.
  • an intensive charge movement in the combustion chamber in the direction of exhaust valve can be generated.
  • the additional implementation generates a higher temperature of the exhaust gas mass flow and thus its enthalpy, which is used after a start of the internal combustion engine to a faster heating of the catalyst.
  • the second post-injection and the opening of the exhaust valve start simultaneously.
  • the second Nacheinblasung begins immediately after completion of the combustion in the combustion chamber. Then the temperatures are up
  • the first Nacheinblasung and the second Nacheinblasung are the same length.
  • the combustion process is lean.
  • the combustion process proceeds with a lambda value of lambda approximately 1.05.
  • the raw NOx emissions can be minimized.
  • a pressure in the combustion chamber at the time of the first Nacheinblasung is greater than a gas pressure of the gaseous fuel, can be dispensed with the first Nacheinblasung and only perform the second Nacheinblasung.
  • the inventive method is carried out in particular with natural gas. Particular preference is given to using a gas injector optimized for a gas operation. Furthermore, the present invention relates to a control unit, set up for
  • the method includes the steps of performing a main injection of
  • the control unit particularly preferably comprises a memory in which a temperature model for the catalytic converter is stored. Based on the temperature model, the control unit is now set up, the injection strategy and the method according to the invention for heating the catalyst
  • a temperature sensor could be provided on the catalyst, which reports the current temperature of the control unit, wherein the control unit then executes the heating method based on the obtained temperature value.
  • post-blowing is preferably carried out after completion of the combustion in order to increase an exhaust gas enthalpy.
  • An ignition of the nacheineblasenen gaseous fuel takes place due to the still prevailing high temperatures in the combustion chamber.
  • Invention also be used when a gas pressure is reduced
  • Figure 1 is a schematic representation of a direct-blowing
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the inventive
  • the heating of the catalyst 7 is necessary if this one
  • a necessary working temperature of the catalyst is about 100 K higher in comparison with liquid fuels and is approximately 420 ° C.
  • the internal combustion engine 1 comprises an engine
  • Combustion chamber 2 arranged piston 3, a Einblasinjektor 4 and a
  • Ignition device 6 e.g. a spark plug.
  • the injection injector 4 is arranged directly on the combustion chamber 2 in order to inject gaseous fuel directly into the combustion chamber.
  • the injection injector 4 is connected to a gas tank 5.
  • the catalyst 7 is provided in the exhaust line.
  • the reference numeral 10 denotes a control unit configured to control the internal combustion engine in a catalyst heating. The Inventive method is described below with reference to FIG.
  • the inventive method first comprises the step of
  • the first Nacheinblasung N1 takes place approximately at a crank angle of 5 ° before the actual ignition Z. This can cause a fire in the
  • Combustion chamber are favored and the flame kernel formation and thus the subsequent combustion are stabilized.
  • a second Nacheinblasung N2 of gaseous fuel in the combustion chamber is again one
  • Catalyst 7 can heat up faster. As can be seen from the diagram of Figure 2, there is an opening of the exhaust valve and the second
  • the second Nacheinblasung N2 takes place immediately after the combustion V. Furthermore, the first and second Schwarzeinblasung are the same length, which can be seen on the width of the beam in Figure 2 on the crank angle W.
  • the method according to the invention also offers a further advantage. If the first post-injection can not be injected, e.g. the pressure in the combustion chamber before the ignition is too high and the Einblase réelle is too small, which may be due to an empty gas tank, if necessary, the second Nacheinblasung N2 can be performed anyway.
  • the diagram shown in FIG. 2 shows a pressure p above the crank angle W.
  • the lower part of the diagram of FIG. 2 shows the positions of the main injection H, the first post-injection N1, the combustion V and the second post-injection N2.
  • an ignition Z is also shown.
  • the exhaust valve AV is shown above the crank angle, the exhaust valve opens shortly after 90 ° crank angle.
  • the invention further relates to a method for injecting gaseous

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines Katalysators (7), umfassend die Schritte: Ausführen einer Haupteinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum, Ausführen einer ersten Nacheinblasung nach der Haupteinblasung, aber vor einer Zündung, und nach der Zündung, und vorzugsweise nach Beendigung der Verbrennung im Brennraum Ausführen einer zweiten Nacheinblasung von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum.

Description

Beschreibung Titel
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM STEUERN EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, um einen nachgeschalteten Katalysator aufzuheizen, sowie eine Steuereinheit zur
Durchführung des Verfahrens.
Neben flüssigen Kraftstoffen werden in jüngster Zeit auch gasförmige Kraftstoffe verstärkt als Brennstoffe bei Brennkraftmaschinen verwendet. Im Vergleich mit benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen sind gasbetriebene
Brennkraftmaschinen, z.B. unter Verwendung von Erdgas oder Autogas, eine attraktive Alternative, um Einsparpotentiale zu realisieren und einen C02-Ausstoß zu reduzieren. Ferner können auch Potentiale hinsichtlich einer Reduktion von Emissionen erzielt werden. Um einen besseren Wirkungsgrad zu erreichen, wird verstärkt auch eine Gasdirekteinblasung versucht zu realisieren, wobei der gasförmige Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeblasen wird. Ein Problemkreis bei gasförmigen Kraftstoffen, insbesondere Erdgas im Vergleich mit Benzin oder anderen flüssigen Brennstoffen ist hierbei eine Abgasnachbehandlung. Insbesondere, wenn der gasförmige Kraftstoff als Hauptbestandteil Methan (CH4) aufweist, gestaltet sich eine
Abgasnachbehandlung komplexer als bei längerkettigen Kohlenwasserstoffen von flüssigen Kraftstoffen. Der Grund hierfür liegt insbesondere bei einer geringeren Konvertierungsrate heutiger Katalysatoren, verbunden mit höheren benötigten Prozesstemperaturen. Insbesondere bei kalten Katalysatoren kann eine ausreichende Abgasnachbehandlung nicht sichergestellt werden. Von daher wäre es wichtig, eine Temperatur des Katalysators möglichst schnell auf die benötigte Prozesstemperatur anzuheben. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines
Katalysators mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine schnelle und effektive Aufheizung eines Katalysators, welcher eine Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur aufweist, möglich ist. Dadurch können Abgasemissionen bei einem Kaltstart signifikant reduziert werden. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren eine deutlich höhere Laufruhe der Brennkraftmaschine. Dies bringt insbesondere im Leerlauf deutliche Vorteile für einen Nutzer. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Verfahren in einem ersten Schritt eine Haupteinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausführt. Anschließend erfolgt eine erste Nacheinblasung nach der Haupteinblasung, wobei eine Kraftstoffmenge der ersten
Nacheinblasung vorzugsweise deutlich geringer ist, als die während der
Haupteinblasung eingeblasene Kraftstoffmenge. Die erste Nacheinblasung erfolgt dabei vor einer Zündung im Brennraum. Nach der Zündung und nach Beendigung der Verbrennung im Brennraum erfolgt erfindungsgemäß eine zweite Nacheinblasung von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum. Die Kraftstoffmenge der zweiten Nacheinblasung ist ebenfalls deutlich niedriger als die der Haupteinblasung. Durch die zweite Nacheinblasung kann nochmals eine Verbrennung nach der eigentlichen Hauptverbrennung realisiert werden, so dass eine Abgastemperatur signifikant erhöht ist. Dadurch kann der Katalysator, welcher dem Brennraum nachgeschaltet ist, sich schneller erwärmen, so dass die Emissionen der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart auch bei
Direkteinblasung signifikant reduziert werden können. Da beispielsweise bei komprimiertem Erdgas (CNG) eine Katalysatortemperatur ca. 420°C betragen muss, um eine effiziente Abgasreinigung durchzuführen, was ca. 120 Kelvin höher ist, als bei Benzin, sollte die Abgastemperatur so hoch wie möglich sein. Dabei ist selbstverständlich darauf zu achten, dass möglichst geringe
Rohemissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen sowie Partikel auftreten, da diese ansonsten bei noch nicht funktionierendem Katalysator aufgrund zu geringer Temperataturen das Emissionsverhalten deutlich verschlechtern. Die erste Nacheinblasung erzeugt dabei eine zusätzliche Turbulenz um die
Zündkerze und reichert dabei in diesem Bereich kurz vor der Zündung Kraftstoff im Kraftstoff-Luft-Gemisch an. Dadurch wird eine Entflammung begünstigt und die Flammenkernbildung und damit eine anschließende Verbrennung stabilisiert.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise wird die zweite Nacheinblasung durchgeführt, wenn ein
Auslassventil am Brennraum geöffnet ist. Besonders bevorzugt ist dabei ein Beginn der zweiten Nacheinblasung und ein Beginn des Öffnens des
Auslassventils synchron. Dadurch kann eine intensive Ladungsbewegung in der Brennraumkammer in Richtung Auslassventil erzeugt werden. Diese begünstigt zusammen mit der hohen Ladungstemperatur in der Brennkammer die Oxidation der mit der zweiten Nacheinblasung eingebrachten Menge an gasförmigem Kraftstoff. Die zusätzliche Umsetzung erzeugt eine höhere Temperatur des Abgasmassenstroms und damit dessen Enthalpie, welche nach einem Start der Brennkraftmaschine zu einem schnelleren Aufheizen des Katalysators genutzt wird. Vorzugsweise beginnt die zweite Nacheinblasung und das Öffnen des Auslassventils gleichzeitig.
Besonders bevorzugt beginnt die zweite Nacheinblasung unmittelbar nach Beendigung der Verbrennung im Brennraum. Dann sind die Temperaturen im
Brennraum am höchsten, so dass eine sofortige Entflammung der durch die zweite Nacheinblasung eingebrachten Kraftstoffs ermöglicht wird. Hierbei wird ferner vermieden, dass die zweite Nacheinblasung direkt in eine Flamme im Brennraum erfolgt, was die Partikel-Anzahl und Emissionen drastisch erhöhen würde.
Weiter bevorzugt sind die erste Nacheinblasung und die zweite Nacheinblasung gleich lang. Weiter bevorzugt werden während der ersten Nacheinblasung und der zweiten Nacheinblasung gleich große Volumina an Kraftstoff und
insbesondere gleich große gasförmige Kraftstoffmengen eingeblasen. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Steuerung des Verfahrens ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft der Verbrennungsvorgang mager. Insbesondere verläuft der Verbrennungsvorgang mit einem Lambdawert von Lambda ungefähr 1 ,05. Hierdurch können insbesondere die Roh-NOx-Emissionen minimiert werden. Weiter bevorzugt, kann, wenn ein Druck im Brennraum zum Zeitpunkt der ersten Nacheinblasung größer ist als ein Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs, auf die erste Nacheinblasung und lediglich Ausführen der zweiten Nacheinblasung verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere mit Erdgas durchgeführt. Besonders bevorzugt wird dabei ein für einen Gasbetrieb optimierter Gasinjektor verwendet. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuereinheit, eingerichtet zur
Durchführung eines Verfahrens zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines Katalysators, wenn dieser eine Temperatur unterhalb einer Schwellentemperatur aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte Ausführen einer Haupteinblasung von
gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum, und Ausführen einer
Nacheinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum nach Beendigung einer Verbrennung im Brennraum, um eine Abgasenthalpie zu erhöhen. Die Steuereinheit umfasst besonders bevorzugt einen Speicher, in welchem ein Temperaturmodell für den Katalysator abgelegt ist. Anhand des Temperaturmodells ist die Steuereinheit nun eingerichtet, die Einblasstrategie und das erfindungsgemäße Verfahren zum Heizen des Katalysators
auszuführen. Alternativ könnte am Katalysator auch ein Temperatursensor vorgesehen sein, welcher die aktuelle Temperatur der Steuereinheit meldet, wobei die Steuereinheit dann basierend auf dem erhaltenen Temperaturwert, das Anheizverfahren ausführt.
Somit wird erfindungsgemäß vorzugsweise nach Beendigung der Verbrennung eine Nacheinblasung vorgenommen, um eine Abgasenthalpie zu erhöhen. Eine Zündung des nacheingeblasenen gasförmigen Kraftstoffs erfolgt dabei aufgrund der noch herrschenden hohen Temperaturen im Brennraum. Somit kann die
Erfindung auch verwendet werden, wenn ein Gasdruck reduziert ist,
beispielsweise aufgrund eines relativ geringen Tankinhalts, da der Druck nach der Verbrennung beim Öffnen des Auslassventils niedrig ist, so dass trotzdem eine Nacheinblasung möglich ist.
Zeichnung Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer direkteinblasenden
Brennkraftmaschine, und
Figur 2 ein schematisches Diagramm, welches das erfindungsgemäße
Verfahren verdeutlicht.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum 2 einer Brennkraftmaschine 1 zum Aufheizen eines
Katalysators 7 im Detail beschrieben.
Das Aufheizen des Katalysators 7 ist dabei notwendig, wenn dieser eine
Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur aufweist. Bei gasförmigen Kraftstoffen ist dabei im Vergleich mit flüssigen Kraftstoffen eine notwendige Arbeitstemperatur des Katalysators um ca. 100 K höher und liegt ca. bei 420°C.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen im
Brennraum 2 angeordneten Kolben 3, einen Einblasinjektor 4 und eine
Zündeinrichtung 6, z.B. eine Zündkerze. Der Einblasinjektor 4 ist dabei unmittelbar am Brennraum 2 angeordnet, um gasförmigen Kraftstoff direkt in den Brennraum einzublasen. Der Einblasinjektor 4 ist dabei mit einem Gastank 5 verbunden.
Der Katalysator 7 ist im Abgasstrang vorgesehen. Am Brennraum 2 ist dabei in bekannter Weise wenigstens ein Einlassventil 8 und wenigstens ein Auslassventil 9 vorgesehen.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, die Brennkraftmaschine bei einem Katalysatoraufheizen zu steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei im nachfolgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei zuerst den Schritt des
Ausführens einer Haupteinblasung des gasförmigen Kraftstoffs direkt in den
Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Menge an eingeblasenem Kraftstoff wird dabei durch den Fahrer, z.B. durch Gaspedalbetätigung, bestimmt. Nach dem Vorgang der Haupteinblasung H erfolgt erfindungsgemäß eine erste
Nacheinblasung N1 , wobei die erste Nacheinblasung noch vor einer Zündung Z des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum 2 erfolgt. Die erste Nacheinblasung
N1 hat dabei den Vorteil, dass eine zusätzliche Turbulenz um die Zündkerze erzeugt wird und diesen Bereich kurz vor der Zündung mit Kraftstoff anreichert. Die erste Nacheinblasung N1 erfolgt dabei ungefähr in einem Kurbelwinkel von 5° vor der eigentlichen Zündung Z. Dadurch kann eine Entflammung im
Brennraum begünstigt werden und die Flammenkernbildung und damit die anschließende Verbrennung stabilisiert werden.
Vorzugsweise nach vollständiger Beendigung der Verbrennung erfolgt erfindungsgemäß eine zweite Nacheinblasung N2 von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum. Mittels der zweiten Nacheinblasung wird nochmals eine
Verbrennung nach der eigentlichen Hauptverbrennung ausgeführt. Dadurch wird eine Abgastemperatur signifikant erhöht, so dass der nachgeschaltete
Katalysator 7 sich schneller erwärmen kann. Wie aus dem Diagramm von Figur 2 ersichtlich ist, erfolgt ein Öffnen des Auslassventils und die zweite
Nacheinblasung N2 gleichzeitig, bei einem Kurbelwinkel W von ca. 110°.
Vorzugsweise erfolgt dabei die zweite Nacheinblasung N2 unmittelbar nach der Verbrennung V. Weiterhin sind die erste und zweite Nacheinblasung gleich lang, was anhand der Breite der Balken in Figur 2 über den Kurbelwinkel W erkennbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner auch noch einen weiteren Vorteil. Falls die erste Nacheinblasung nicht eingeblasen werden kann, wenn z.B. der Druck im Brennraum vor dem Zündzeitpunkt zu hoch ist und der Einblasedruck zu klein ist, was an einem leeren Gastank liegen kann, kann gegebenenfalls die zweite Nacheinblasung N2 trotzdem ausgeführt werden. Die zweite
Nacheinblasung N2 erfolgt, wie aus dem Diagramm von Figur 2 ersichtlich ist, bei einem Druck von unter 5 x 105 Pa. Dadurch kann bei der zweiten
Nacheinblasung N2, trotz Fehlen der ersten Nacheinblasung N1 , eine
Abgasenthalpie erhöht werden, ohne dass dadurch eine Laufruhe des Motors negativ beeinflusst wird. Dabei werden auch minimale Partikelanzahl-Emissionen beim Katalysatorheizen erhalten.
Das in Figur 2 gezeigte Diagramm zeigt einen Druck p über dem Kurbelwinkel W. Im unteren Teil des Diagramms von Figur 2 sind dabei die Positionen der Haupteinblasung H, der ersten Nacheinblasung N1 , der Verbrennung V und der zweiten Nacheinblasung N2 eingezeichnet. Ferner ist auch ein Zündzeitpunkt Z dargestellt. Weiterhin ist im unteren Teil auch ein Öffnen des Auslassventils AV über dem Kurbelwinkel dargestellt, wobei das Auslassventil kurz nach 90° Kurbelwinkel öffnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einblasen von gasförmigem
Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines Katalysators, wobei ein Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs kurz vor einem oberen Totpunkt bei einer Kompression im Otto-Kreis-Prozess kleiner ist, als ein Druck im Brennraum, das die nachfolgende Schritte umfasst: Ausführen einer Haupteinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum, und nach Komprimierung, Zündung und Verbrennung, Ausführen einer
Nacheinblasung in den Brennraum, um eine Abgasenthalpie zu erhöhen.

Claims

Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines Katalysators (7), umfassend die Schritte:
Ausführen einer Haupteinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum,
Ausführen einer ersten Nacheinblasung nach der Haupteinblasung, aber vor einer Zündung, und
nach der Zündung und nach Beendigung der Verbrennung im
Brennraum Ausführen einer zweiten Nacheinblasung von
gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nacheinblasung durchgeführt wird, wenn ein Auslassventil (9) am
Brennraum (2) geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nacheinblasung und das Öffnen des Auslassventils gleichzeitig beginnen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nacheinblasung unmittelbar nach
Beendigung der Verbrennung im Brennraum beginnt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Nacheinblasung gleich lang sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten und zweiten Nacheinblasung jeweils gleich große Gasvolumen von gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum eingeblasen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verbrennungsvorgang mager abläuft, insbesondere bei einem Lambdawert von ungefähr 1 ,05.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass, wenn ein Druck (p) im Brennraum zum Zeitpunkt der ersten Nacheinblasung größer ist als ein Gasdruck des gasförmigen Kraftstoffs, Verzichten auf die erste Nacheinblasung und lediglich
Ausführen der zweiten Nacheinblasung.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der gasförmige Kraftstoff Erdgas ist.
10. Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen
Brennraum (2) einer Brennkraftmaschine zum Aufheizen eines Katalysators (7), wenn dieser eine Temperatur unterhalb einer Schwellentemperatur aufweist, umfassend die Schritte:
Ausführen einer Haupteinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum (2), und
Ausführen einer Nacheinblasung von gasförmigem Kraftstoff direkt in den Brennraum (2) nach Beendigung einer Verbrennung im Brennraum, um eine Abgasenthalpie zu erhöhen.
1 1 Steuereinheit, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2015/072309 2014-11-28 2015-09-29 Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine WO2016082988A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/529,585 US10422291B2 (en) 2014-11-28 2015-09-29 Method and device for controlling an internal combustion engine
CN201580065113.2A CN107002564B (zh) 2014-11-28 2015-09-29 用于控制内燃机的方法和装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014224333.5A DE102014224333A1 (de) 2014-11-28 2014-11-28 Verfahren zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
DE102014224333.5 2014-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016082988A1 true WO2016082988A1 (de) 2016-06-02

Family

ID=54199240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/072309 WO2016082988A1 (de) 2014-11-28 2015-09-29 Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10422291B2 (de)
CN (1) CN107002564B (de)
DE (1) DE102014224333A1 (de)
WO (1) WO2016082988A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10808594B2 (en) * 2018-04-20 2020-10-20 GM Global Technology Operations LLC Generalized cold start emissions reduction strategy
AT524012B1 (de) * 2020-07-03 2022-10-15 Avl List Gmbh Gasbetriebene Brennkraftmaschine und Abgasreinigung hierfür
DE102022209619A1 (de) * 2022-09-14 2024-03-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Gasinjektors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1281852A2 (de) * 2001-08-03 2003-02-05 C.R.F. Società Consortile per Azioni Methode zur Einleitung der Regeneration für einen Partikelfilter in einem mit Direkteinspritzung versehenen Dieselmotor mit einem Common-Rail Einspritzungsystem
US20060242950A1 (en) * 2005-05-02 2006-11-02 Wang Yue Y Apparatus and method for regenerating an exhaust gas aftertreatment component of an internal combustion engine
EP2175122A2 (de) * 2008-10-10 2010-04-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor
EP2594769A2 (de) * 2011-11-18 2013-05-22 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4370969B2 (ja) * 2004-04-19 2009-11-25 マツダ株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP4062302B2 (ja) * 2004-11-26 2008-03-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の触媒昇温システム
EP1873367B1 (de) * 2006-06-26 2008-12-24 Ford Global Technologies, LLC Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Vier-Wege-Katalysator
US20090193795A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for regenerating an aftertreatment device for a spark-ignition direct-injection engine
JP5158245B1 (ja) * 2011-09-21 2013-03-06 株式会社豊田自動織機 燃焼制御装置
US9382863B2 (en) * 2013-09-18 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for controlling ignition energy during exhaust stroke combustion of gaseous fuel to reduce turbo lag

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1281852A2 (de) * 2001-08-03 2003-02-05 C.R.F. Società Consortile per Azioni Methode zur Einleitung der Regeneration für einen Partikelfilter in einem mit Direkteinspritzung versehenen Dieselmotor mit einem Common-Rail Einspritzungsystem
US20060242950A1 (en) * 2005-05-02 2006-11-02 Wang Yue Y Apparatus and method for regenerating an exhaust gas aftertreatment component of an internal combustion engine
EP2175122A2 (de) * 2008-10-10 2010-04-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor
EP2594769A2 (de) * 2011-11-18 2013-05-22 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors

Also Published As

Publication number Publication date
US10422291B2 (en) 2019-09-24
DE102014224333A1 (de) 2016-06-02
CN107002564B (zh) 2020-11-17
CN107002564A (zh) 2017-08-01
US20170284324A1 (en) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011109336B4 (de) Dieselmotor und Verfahren zum Steuern desselben
DE102006007279B4 (de) Kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor und Betriebsverfahren
DE602004012478T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Mehrfachfacheinspritzung und variablen Ventilsteuerzeiten in einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine
WO2007054263A1 (de) Verfahren zum kaltlauf-betrieb einer f remdgezundeten brennkraf tmaschine
WO2004088109A1 (de) Brennkraftmaschine mit selbstzündung
DE102019120773B4 (de) Controller und Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors
DE102018109939A1 (de) Verbrennungsmotor
DE2556619A1 (de) Arbeitsverfahren fuer eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine zur durchfuehrung des verfahrens
WO2016082988A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine
DE102011105601A1 (de) System und Verfahren zur Regeneration eines Partikelmaterialfilters unter Verwendung eines katalytischen Wandlers als einer Verbrennungseinrichtung
DE102010029728B4 (de) Verfahren zur Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor, Steuergerät zum Steuern einer Einspritzung in einem Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Auswählen eines Einspritzventils für ein Motorsystem
DE102010011105A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
DE10048608C2 (de) Verfahren und Computerprogramm zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
DE10203025A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
DE102013219982A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102019130323A1 (de) Verbrennungsmotor und Verfahren zur Steuerung desselben
EP2116707A1 (de) Verfahren zum Kaltstartbetrieb eines Verbrennungsmotors
DE112018003690T5 (de) Schmierölgesteuerte zündung in motoren
DE102006010632A1 (de) Verfahren zur Einspritzung von Kraftstoff und Wasser in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
DE102017219583A1 (de) Gasbrennkraftmaschine mit Mehrfacheinblasung sowie Verfahren zum Betreiben einer Gasbrennkraftmaschine
DE602004004764T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung von Abgasemissionen während Kaltstartbedingungen
EP4045784B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE102014010714A1 (de) Brennverfahren
EP3425188B1 (de) Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors und verbrennungsmotor
DE102012012748A1 (de) Betriebsverfahren einer einen Brennraum umfassenden Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15770900

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15529585

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15770900

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1