DE102009012336B3

DE102009012336B3 - Verfahren zum Aufheizen einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009012336B3
Application number: DE102009012336A
Authority: DE
Inventors: Guido Ehlers
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von mindestens einer Komponente (10, 11) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) einer Brennkraftmaschine (1), bei dem zur Erhöhung der Temperatur des Abgases und/oder der Komponente (10, 11) im Abgas enthaltener Sauerstoff und Kraftstoff umgesetzt werden, um es zu ermöglichen, die Komponente (10, 11) bei Bedarf durch innermotorische Maßnahmen aufzuheizen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des normalen Betriebs oder zu Komforteinbußen kommt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts und des Kraftstoffgehalts im Abgas während eines Gaswechsels in mindestens einem Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) Öffnungszeiten von mindestens einem Einlassventil (12) und mindestens einem Auslassventil (13) so eingestellt werden, dass sie sich überschneiden, und dass durch ein positives Druckgefälle zwischen einem Saugrohr (27) und einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine (1) während der Überschneidungsphase Frischgas aus dem Zylinder (3) in den Abgastrakt (4) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Aufheizen von Komponenten von Abgasnachbehandlungseinrichtungen von Brennkraftmaschinen während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschinen kann aus einer Reihe von Gründen erfolgen. Zum Beispiel ist es üblich, katalytische Abgaskonverter, wie Oxidationskatalysatoren von Diesel-Brennkraftmaschinen oder Dreiwegekatalysatoren von Otto-Brennkraftmaschinen nach dem Start der Brennkraftmaschinen aufzuheizen, um schneller die sogenannte Light-Off-Temperatur des Abgaskonverters zu erreichen, d. h. die Temperatur, bei der im Abgas enthaltene unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid katalytisch zu Kohlendioxid oxidiert werden. Weiter ist es auch üblich, Partikelfilter von Diesel-Brennkraftmaschinen zur Regeneration des Partikelfilters aufzuheizen, um die im Partikelfilter eingelagerten Rußpartikel zu verbrennen. Darüber hinaus wird eine Aufheizung auch bei Speicherkatalysatoren von Otto-Brennkraftmaschinen vorgenommen, um die Abgastemperatur während der Regeneration des Speicherkatalysators anzuheben. Dadurch kann während der Reduktion der im Speicherkatalysator eingelagerten Stickoxide zu Stickstoff auch für eine Oxidation von Schwefel gesorgt werden, der während der Speicherung der Stickoxide zusammen mit diesen ungewollt im Speicherkatalysator eingelagert wird.
Zur Aufheizung der zuvor genannten Komponenten, wie Abgas-Konvertern, Partikelfiltern oder Speicherkatalysatoren, gibt es eine Reihe von bekannten Verfahren, die in der Praxis hauptsächlich bei der Regeneration von Partikelfiltern eingesetzt werden. Beispielsweise ist es zur Regeneration von Partikelfiltern bekannt, vor dem katalytisch beschichteten Partikelfilter oder einem vorgeschalteten Oxidationskatalysator zusätzlichen Kraftstoff in den Abgastrakt einzudösen, der dann mit Hilfe des Restsauerstoffs im Abgas katalytisch oxidiert wird, was eine zur Regeneration des Partikelfilters ausreichende Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt. Zur Regeneration von Partikelfiltern sind jedoch auch Verfahren bekannt, bei denen gezielt in den Verbrennungsvorgang im Brennraum selbst eingegriffen wird, um die Abgastemperatur auf einen zur Regeneration benötigten Wert zu erhöhen. Der Eingriff kann zum Beispiel eine gezielte innermotorische Kraftstoffnacheinspritzung in den Brennraum umfassen, um die Abgasenergie zu erhöhen, wobei dieser Eingriff durch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Drosselung der Ansaugluft oder eine Aufteilung des Abgasstroms gemäß DE 39 09 932 A1 , den Zusatz eines Additivs zum Kraftstoff gemäß EP 1 124 042 B1 oder die Messung des Restsauerstoffgehalts im Abgas unterstützt werden kann.
Einige dieser Maßnahmen machen jedoch bauliche Veränderungen an der Brennkraftmaschine selbst oder am Abgastrakt oder den Einbau von zusätzlichen Sensoren erforderlich, während andere Maßnahmen, wie innermotorische Maßnahmen, vor allem bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen häufig nicht ohne Komforteinbußen, wie eine spürbare Verringerung des Drehmoments oder andere unerwünschte Einschränkungen des normalen Betriebs der Brennkraftmaschinen, durchführbar sind.
In der nachveröffentlichten älteren DE 10 2007 056 216 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Aufheizen eines Katalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung und mit einem Abgasturbolader beschrieben, bei dem ein reaktionsfähiges Abgas-Kraftstoff-Luft-Gemisch im Abgassystem erzeugt wird, indem durch Vergrößerung der Ventilüberschneidungszeiten von Ein- und Auslassventilen der Zylinder und ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Ein- und Auslassseite ein Luftanteil des reaktionsfähigen Abgas-Kraftstoff-Luft-Gemischs in das Abgassystem zugeführt und dort mit fettem Abgas aus den Zylindern exotherm zur Reaktion gebracht wird, um die Abgasenthalpie und damit die Energieübertragung auf die Turbine des Abgasturboladers zu erhöhen. Das Verfahren eignet sich jedoch nur für Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader.
Aus der JP 2007-291995 A ist es weiter bereits bekannt, eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Regeneration aufzuheizen, indem während einer Ventilüberschneidungsphase, während der ein Einlassventil und ein Auslassventil eines Zylinders gleichzeitig geöffnet sind, Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt und durch Überspülungsluft (scavenging air) in den Abgastrakt zugeführt wird.
Weiter ist aus der DE 10 2007 039 613 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt, bei dem zwecks Verringerung eines Turbolochs eine Ventilüberschneidung zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil jedes Zylinders so eingestellt wird, dass es infolge eines Druckgefälles zwischen der Einlassseite und der Auslassseite zu einem Überspülen kommt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art, mit dem eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bei Bedarf durch innermotorische Maßnahmen ohne zusätzliche Sensoren oder Komforteinbußen bzw. eine Beeinträchtigung des normalen Betriebs aufgeheizt werden kann, dahingehend zu verbessern, dass nicht nur bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader sondern auch bei Brennkraftmaschinen ohne Turbolader die Erzeugung eines positiven Druckgefälles gefördert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird die Öffnungszeit von mindestens einem Auslassventil eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine so eingestellt, dass sich das Auslassventil anders als im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine nicht während der Überschneidungsphase öffnet.
Da im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine ein positives Druckgefälle während der Überschneidungsphase und damit ein Überströmen von Frischgas von der Einlassseite zur Auslassseite des Zylinders unerwünscht ist, wird im normalen Betrieb während jeder Überschneidungsphase das Auslassventil eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine geöffnet. Durch das Öffnen des Auslassventils des anderen Zylinders wird im Abgastrakt ein Druckstoß (Vorauslassstoß) erzeugt, der auslassseitig von dem Zylinder mit dem mindestens einen geöffneten Einlass- und Auslassventil einen Überdruck und damit eine Aufhebung des positiven Druckgefälles verursacht. Demgegenüber wird erfindungsgemäß zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts und des Kraftstoffgehalts im Abgas vermieden, ein Auslassventil eines anderen Zylinders während jeder Überschneidungsphase der Öffnungszeiten des Zylinders mit dem mindestens einen geöffneten Einlass- und Auslassventil zu öffnen, so dass in diesem Fall kein auslassseitiger Druckstoß erzeugt wird, der während der Überschneidungsphase einem Überströmen von Frischgas von der Einlassseite durch das mindestens eine geöffnete Einlassventil, den Brennraum und das mindestens eine geöffnete Auslassventil des Zylinders mit dem mindestens einen geöffneten Einlass- und Auslassventil in den Abgastrakt entgegenwirken könnte.
Durch das positive Druckgefälle kann während der Überschneidung der Öffnungszeiten Frischgas, das sowohl unverbrannten Kraftstoff und Sauerstoff enthält, durch das geöffnete Einlassventil, den Brennraum des Zylinders und das geöffnete Auslassventil in den Abgastrakt zugeführt werden kann. Entsprechendes gilt auch für direkteinspritzende Brennkraftmaschine, wo durch das positive Druckgefälle während der Überschneidung der Öffnungszeiten durch das geöffnete Einlassventil in den Brennraum zugeführte Frischluft zusammen mit einem Teil des eingespritzten Kraftstoffs durch das geöffnete Auslassventil in den Abgastrakt eingebracht werden kann.
Innerhalb des Abgastrakts kann dann der Kraftstoff in dem innermotorisch zugeführten Gasgemisch mit dem Sauerstoff und ggf. im Abgas enthaltenem Restsauerstoff in einer exothermen Oxidationsreaktion umgesetzt werden. Die bei dieser Reaktion frei werdende Wärme wird dann genutzt, um die gewünschte Komponente, wie einen Partikelfilter oder einen Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung, aufzuheizen. Die Umsetzung des Kraftstoffs und des Sauerstoffs im Abgastrakt kann vor der aufzuheizenden Komponente erfolgen, indem die frei werdende Wärme das Abgas auf eine höhere Temperatur aufheizt und das aufgeheizte Abgas einen Teil der Wärme an die aufzuheizende Komponente abgibt. Vorzugsweise erfolgt die exotherme Oxidation des Kraftstoffs jedoch in der aufzuheizenden Komponente selbst, zweckmäßig durch katalytische Oxidation an einer mit einem Katalysator beschichteten Oberfläche der aufzuheizenden Komponente, um einen größeren Teil der frei werdenden Wärme direkt in die aufzuheizende Komponente zuzuführen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine und ohne spürbare Komforteinbuße die Abgastemperatur so weit erhöht werden, dass eine Regeneration eines Partikelfilters oder Speicherkatalysators ermöglicht wird. Je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ist dabei eine Erhöhung der Abgastemperatur bzw. der Temperatur der aufzuheizenden Komponente von etwa 200°K bis etwa 400°K möglich.
Um die Menge des während der Überschneidungsphase in den Abgastrakt zugeführten Frischgases zu erhöhen, kann es von Vorteil sein, die Länge der Überschneidungsphase zu vergrößern, indem der Beginn des Öffnens des mindestens einen Einlassventils, d. h. Einlassbeginn, nach vorne und/oder der Beginn des Schließens des mindestens einen Auslassventils, d. h. Auslassende, nach hinten verschoben wird.
Zur Erzeugung eines die Zufuhr von Frischgas in den Abgastrakt fördernden hohen positiven Druckgefälles während des Gaswechsels in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, die Aufheizung nur dann vorzunehmen, wenn entweder in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein vorbestimmter Mindestsaugrohrdruck überschritten wird und/oder die zum Beispiel mit einem Turbolader oder einem mechanischen Lader ausgestattete Brennkraftmaschine im aufgeladenen Betrieb arbeitet. Dadurch wird vermieden, dass das Druckgefälle durch einen niedrigen einlassseitigen Druck absinkt und damit während der Überschneidungsphase der Öffnungszeiten der Ein- und Auslassventile der Zylinder weniger Frischgas als erwünscht in den Abgastrakt zugeführt wird.
Das nach Beendigung der Überschneidungsphase im Zylinder verbliebene Frischgas wird konventionell verbrannt, so dass anders als bei einer Unterbrechung der Zündung keine Beeinträchtigungen des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine, wie Verbrennungsaussetzer, spürbar sind.
Die zur Aufheizung erforderliche Veränderung der Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile, wie zuvor beschrieben, gelingt besonders gut bei Brennkraftmaschinen mit einem von der Anmelderin entwickelten, als AVS (Audi-Valvelift-System) bezeichneten Ventilhubschaltsystem, mit dem nicht nur der Hub der Ventile sondern auch die Lage und die Dauer der Öffnungs- bzw. Schließzeiten zylinderspezifisch verändert werden können. Grundsätzlich können dazu jedoch auch andere Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden, mit denen sich die Lage und die Dauer der Öffnungs- bzw. Schließzeiten von Ein- und/oder Auslassventilen nach Bedarf verändern lässt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die erfindungsgemäße Erhöhung des Sauerstoffgehalts und des Kraftstoffgehalts im Abgas immer dann vorgenommen wird, wenn ein Bedarf zur Aufheizung einer Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung festgestellt wird. Dieser Bedarf kann zum Beispiel im Fall eines Partikelfilters festgestellt werden, indem durch Messung einer Druckdifferenz im Abgastrakt vor und hinter dem Partikelfilter die Beladung des Partikelfilters ermittelt und bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz auf die Notwendigkeit einer Regeneration des Partikelfilters geschlossen wird, während im Falle eines Speicherkatalysators der Regenerationsbedarf durch Messung des NOx-Gehalts hinter dem Speicherkatalysator festgestellt werden kann.
Sofern gerade keine anderen Betriebszustände mit höherer Priorität gefordert werden, werden nach der Feststellung des Bedarfs durch das Motorsteuergerät einerseits die Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile während der nachfolgenden Gaswechsel so verändert, dass eine Überschneidung ihrer Öffnungszeiten gewährleistet ist, während andererseits für das positive Druckgefälle gesorgt wird. Dieser Zustand wird bevorzugt durch ein Modell in der Motorsteuerung aufrechterhalten, bis entweder ein Betriebszustand mit höherer Priorität gefordert wird oder der Zweck der Aufheizung erreicht worden ist, wie zum Beispiel eine vollständige Regeneration im Falle eines Partikelfilters oder eines Speicherkatalysators oder eine Überschreitung der Light-Off-Temperatur eines Oxidations- oder Dreiwegekatalysators.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader;
2 eine perspektivische Ansicht von Teilen eines Ventilhubschaltsystems zur Steuerung von Gaswechselventilen der Zylinder der Brennkraftmaschine;
3 eine vereinfachte Schnittansicht von Teilen eines Zylinders der Brennkraftmaschine während eines Gaswechsels;
4 eine Darstellung von Steuerzeiten eines Einlass- und Auslassventils des Zylinders sowie von Steuerzeiten eines Auslassventils eines anderen Zylinders der Brennkraftmaschine während eines Gaswechsels beim Aufheizen einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die in 1 dargestellte 4-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Ansaugtrakt 2 zur Ansaugung von Frischluft in die Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1, einen Abgastrakt 4 zur Abfuhr von Abgas aus den Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1, sowie einen Abgasturbolader 5 mit einer im Abgastrakt 4 angeordneten Turbine 6 und einem im Ansaugtrakt 2 angeordneten Verdichter 7. Die Brennkraftmaschine 1 wird von einem Motorsteuergerät 8 gesteuert. Der Abgastrakt enthält eine hinter der Turbine 6 des Abgasturboladers 5 angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung 9, die einen Oxidationskatalysator 10 und einen nachgeschalteten Partikelfilter 11 umfasst.
Jeder Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 weist zwei Einlassventile 12 und zwei Auslassventile 13 auf, von denen in 2 jeweils eines beiderseits von einer Zündkerze 14 im Zylinderkopf 15 dargestellt ist. Die Einlassventile 12 ermöglichen es, einen zur Zufuhr von Frischgas in den Zylinder 3 bestimmten Einlasskanal 16 zu öffnen und zu schließen, während die Auslassventile 13 dazu dienen, einen zur Abfuhr von Abgas aus dem Zylinder 3 in den Abgastrakt 4 bestimmten Auslasskanal 17 zu öffnen und zu schließen.
Die Betätigung der Einlassventile 12 und der Auslassventile 13 erfolgt jeweils durch Ventiltriebe, von denen einer 18 in 3 teilweise dargestellt ist. Der Ventiltrieb 18 umfasst für jeden Zylinder 3 ein Nockenstück 19, das auf einer obenliegenden Grundnockenwelle 20 zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbar und in den Endstellungen arretierbar ist. Das Nockenstück 19 trägt an seinen entgegengesetzten Stirnenden jeweils ein Paar Nocken 21a, 22a sowie 21b, 22b mit unterschiedlichen Nockenkonturen. Jedes Paar Nocken 21a, 22a bzw. 21b, 22b lässt sich durch die axiale Verschiebung des Nockenstücks 19 wahlweise mit einer Rolle 23 eines zugehörigen Rollenschlepphebels 24 von einem der beiden Einlassventile 12 (oder Auslassventile 13) des Zylinders 3 zur Anlage bringen, um durch die unterschiedlichen Nockenkonturen den Hub und/oder die Steuerzeiten, d. h. die Öffnungs- bzw. Schließzeiten, der Einlassventile 12 (oder Auslassventile 13) von jedem Zylinder 3 unabhängig von denjenigen anderer Zylinder 3 zu verstellen.
Um die Emissionswerte der Brennkraftmaschine zu verringern, sollte der Oxidationskatalysator 10 nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 möglichst schnell aufgeheizt werden, um ihn über seine Light-Off-Temperatur zu erwärmen. Wenn die Beladung des Partikelfilters 11 mit Rußpartikeln einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, muss auch der Partikelfilter 11 aufgeheizt werden, um ihn durch Verbrennung der angelagerten Rußpartikel zu regenerieren. In beiden Fällen erfolgt die Aufheizung durch eine Erhöhung der Temperatur des Abgases und/oder des Katalysators 10 bzw. des Partikelfilters 11, indem das Abgas durch innermotorische Maßnahmen mit Kraftstoff und Sauerstoff angereichert wird und indem anschließend innerhalb des Oxidationskatalysators 10 der Kraftstoff durch den Sauerstoff katalytisch oxidiert wird. Die bei der exothermen Oxidationsreaktion freiwerdende Wärme bewirkt nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1, dass sich der Oxidationskatalysator 10 schneller aufheizt, während sie im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1, d. h. bei aufgeheiztem Oxidationskatalysator 10, eine Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt. Diese Erhöhung der Abgastemperatur beträgt je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 zwischen etwa 200°K und 400°K und reicht aus, um den Partikelfilter 11 im laufenden Betrieb ohne Komforteinbußen zu regenerieren.
Zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff und mit Sauerstoff werden während eines Gas- oder Ladungswechsels nahe dem Ende des Ausstoßtakts und dem Beginn des Ansaugtakts der Zylinder 3 jeweils eines der beiden Einlassventile 12 und eines der beiden Auslassventile 13 jedes Zylinders 3 so angesteuert, dass es über einen vorbestimmten Kurbelwellenwinkelbereich zu einer Überschneidung der Öffnungszeiten der Ventile 12 und 13 kommt, wie in 4 durch einen schraffierten Bereich dargestellt. Die Über schneidung der Öffnungszeiten bedeutet, dass über diesen Kurbelwellenwinkelbereich sowohl das Einlassventil 12 als auch das Auslassventil 13 teilweise geöffnet sind, so dass während der Überschneidungsphase Kraftstoff und Sauerstoff enthaltendes Frischgas aus dem Einlasskanal 16 durch das teilweise geöffnete Einlassventil 12, den Brennraum 25 des Zylinders 3 und das teilweise geöffnete Auslassventil 13 in den Auslasskanal 17 und von dort in den Abgastrakt 4 zugeführt wird, wie in 2 durch Pfeile dargestellt, wenn zugleich für ein positives Druckgefälle zwischen dem Einlasskanal 16 und dem Auslasskanal 17 gesorgt wird. Das in den Abgastrakt 4 zugeführte Frischgas sorgt dort für die zur Aufheizung des Oxidationskatalysators 10 bzw. des Partikelfilters 11 erforderliche Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff und Sauerstoff.
Um für das positive Druckgefälle zu sorgen, erfolgt die Aufheizung des Oxidationskatalysators 10 bzw. des Partikelfilters 11 immer dann, wenn ein von einem Drucksensor 26 gemessener und an das Motorsteuergerät 8 übermittelter Saugrohrdruck in einem als Saugrohr 27 bezeichneten Teil des Ansaugtrakts 2 hinter dem Verdichter 7 des Abgasturboladers 5 einen vorbestimmten Druck übersteigt oder wenn der Abgasturbolader 5 im Ladebetrieb betrieben wird, so dass im Einlasskanal 16 ein bestimmter Mindestdruck vorhanden ist.
Zusätzlich wird das Druckgefälle auch durch auslassseitige Maßnahmen beeinflusst, wie unter Bezugnahme auf 4 anhand von drei Hubkurven erläutert wird, von denen die als unterbrochene Linie angezeigte Hubkurve diejenige des Einlassventils 12 und die als durchgezogene Linie dargestellte Hubkurve diejenige des Auslassventils 13 von einem der Zylinder 3 zeigt, der in 4 als Zylinder A bezeichnet ist, während die als strichpunktierte Linie angezeigte Hubkurve diejenige eines Auslassventils 13 von einem anderen der Zylinder zeigt, der in 4 als Zylinder B bezeichnet ist. Sämtliche drei Hubkurven zeigen den Zustand während eines Zeitraums, in dem das Abgas zum Aufheizen des Oxidationskatalysators 10 oder des Partikelfilters 11 mit Kraftstoff und mit Sauerstoff angereichert wird. Wie aus 4 ersichtlich ist, wird das Auslassventil 13 des in 4 als Zylinder B bezeichneten Zylinders 3 der Brennkraftmaschine 1 so angesteuert, dass es während dieses Zeitraums erst nach Beendigung der Überschneidungsphase (schraffierter Bereich) der Öffnungszeiten des Einlassventils 12 und des Auslassventils 13 des in 4 als Zylinder A bezeichneten Zylinders 3 öffnet, so dass während der Überschneidungsphase ein dem positiven Druckgefälle entgegenwirkender auslassseitiger Druckstoß (Vorauslassstoß) vermieden wird.
Demgegenüber wird im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 das Auslassventil 13 des in 4 als Zylinder B bezeichneten Zylinders 3 so angesteuert, dass es bereits während der Überschneidungsphase (schraffierter Bereich) der Öffnungszeiten des Einlassventils 12 und des Auslassventils 13 des in 4 als Zylinder A bezeichneten Zylinders 3 öffnet. Durch das Öffnen des Auslassventils 13 des als Zylinder B bezeichneten Zylinders 3 wird im Abgastrakt 4 ein Druckstoß erzeugt, so dass in dem als Zylinder A bezeichneten Zylinder 3 mit dem geöffneten Einlassventil 12 und dem geöffneten Auslassventil 13 nicht zur Ausbildung eines positiven Druckgefälles kommt. Dadurch wird im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 während einer Überschneidungsphase eine unerwünschte Zufuhr von Frischgas in den Abgastrakt 4 durch das geöffnete Einlassventil 12, den Brennraum 25 und das geöffnete Auslassventil 13 vermieden.
Die Aufheizung des Oxidationskatalysators 10 durch die zuvor beschriebene innermotorische Zufuhr von Kraftstoff und Sauerstoff in den Abgastrakt 4 wird nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 immer dann vorgenommen, wenn erstens der vom Drucksensor 26 gemessene und an das Motorsteuergerät 8 übermittelte Druck im Saugrohr 27 einen vorbestimmten Mindestwert übersteigt oder sich der Abgasturbolader 5 im Ladebetrieb befindet, wenn zweitens die von einem Temperatursensor 28 gemessene und an das Motorsteuergerät 8 übermittelte Temperatur des Oxidationskatalysators 10 unterhalb der Light-Off-Temperatur liegt, und wenn drittens gerade keine Anforderung eines anderen Betriebszustands mit höherer Priorität an das Motorsteuergerät ergeht. Die Aufheizung wird fortgesetzt, bis die vom Temperatursensor 28 gemessene und an das Motorsteuergerät 8 übermittelte Temperatur des Oxidationskatalysators 10 die Light-Off-Temperatur übersteigt oder bis vom Motorsteuergerät 8 mit höherer Priorität die Einstellung eines anderen Betriebszustands gefordert wird.
Die Aufheizung des Partikelfilters 11 durch die zuvor beschriebene innermotorische Zufuhr von Kraftstoff und Sauerstoff enthaltendem Frischgas in den Abgastrakt 4 wird immer dann vorgenommen, wenn die Druckdifferenz zwischen einem von einem Drucksensor 29 vor dem Partikelfilter 11 gemessenen Abgasdruck und einem von einem Drucksensor 30 gemessenen Umgebungsdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, der eine weitgehende Beladung des Partikelfilters mit Rußpartikeln anzeigt. In diesem Fall wird die Aufheizung des Partikelfilters 11 solange fortgesetzt, bis entweder die Differenz der von den Drucksensoren 29, 30 gemessenen Drücke eine vollständige Regeneration des Partikelfilters 11 anzeigt oder bis vom Motorsteuergerät 8 mit höherer Priorität die Einstellung eines anderen Betriebszustands gefordert wird.

1: Brennkraftmaschine
2: Ansaugtrakt
3: Zylinder
4: Abgastrakt
5: Abgasturbolader
6: Turbine
7: Verdichter
8: Motorsteuergerät
9: Abgasnachbehandlungseinrichtung
10: Oxidationskatalysator
11: Partikelfilter
12: Einlassventil
13: Auslassventil
14: Zündkerze
15: Zylinderkopf
16: Einlasskanal
17: Auslasskanal
18: Ventiltrieb
19: Nockenstück
20: Grundnockenwelle
21a, 21b: Nocken
22a, 22b: Nocken
23: Rolle
24: Rollenschlepphebel
25: Brennraum
26: Drucksensor
27: Saugrohr
28: Temperatursensor
29: Drucksensor
30: Drucksensor

Claims

Verfahren zum Aufheizen von mindestens einer Komponente (10, 11) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) einer Brennkraftmaschine (1), bei dem zur Erhöhung der Temperatur des Abgases und/oder der Komponente (10, 11) im Abgas enthaltener Sauerstoff und Kraftstoff umgesetzt werden, wobei zur Erhöhung des Sauerstoffgehalts und des Kraftstoffgehalts im Abgas während eines Gaswechsels in mindestens einem Zylinder (3) der Brennkraftmaschine (1) Öffnungszeiten von mindestens einem Einlassventil (12) und mindestens einem Auslassventil (13) so eingestellt werden, dass sie sich überschneiden, und wobei durch ein positives Druckgefälle zwischen einem Saugrohr (27) und einem Abgastrakt (4) der Brennkraftmaschine (1) während der Überschneidungsphase Frischgas aus dem Zylinder (3) in den Abgastrakt (4) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungszeit von mindestens einem Auslassventil (13) eines anderen Zylinders (3) der Brennkraftmaschine (1) so eingestellt wird, dass sich das Auslassventil (13) anders als im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) nicht während der Überschneidungsphase öffnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen der mindestens einen Komponente (10, 11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) nur dann vorgenommen wird, wenn im Saugrohr (27) ein vorbestimmter Saugrohrdruck überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen der mindestens einen Komponente (10, 11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) nur dann vorgenommen wird, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) im aufgeladenen Betrieb befindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Überschneidungsphase vergrößert wird, indem der Beginn des Öffnens des mindestens einen Einlassventils (12) nach vorne und/oder der Beginn des Schließens des mindestens einen Auslassventils (13) nach hinten verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach der Überschneidungsphase im Zylinder (3) verbliebene Frischgas konventionell gezündet und verbrannt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Abgas enthaltene Kraftstoff und Sauerstoff in der aufzuheizenden Komponente (10) katalytisch umgesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzuheizende Komponente ein Oxidations- oder Dreiwegekatalysator (10) ist, in dem der im Abgas enthaltene Kraftstoff und Sauerstoff katalytisch umgesetzt werden, um nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine (1) schneller eine Light-Off-Temperatur des Katalysators (10) zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzuheizende Komponente ein Partikelfilter (11) ist, und dass der im Abgas enthaltene Kraftstoff und Sauerstoff vor dem Partikelfilter (11) oder in dem katalytisch beschichteten Partikelfilter umgesetzt werden, um den Partikelfilter (11) zu regenerieren.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beladung des Partikelfilters (11) mit Rußpartikeln überwacht wird und dass der Kraftstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt im Abgas erhöht werden, wenn die Beladung des Partikelfilters (11) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Partikelfilters (11) durch Ermittlung einer Druckdifferenz zwischen zwei Punkten vor und hinter dem Partikelfilter (11) überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzuheizende Komponente ein Speicherkatalysator ist, und dass der im Abgas enthaltene Kraftstoff und Sauerstoff vor dem Speicherkatalysator oder im katalytisch beschichteten Speicherkatalysator umgesetzt werden, um den Speicherkatalysator zu regenerieren.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beladung des Speicherkatalysators mit NOx überwacht wird und dass der Kraftstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt im Abgas erhöht werden, wenn die Beladung des Speicherkatalysators einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Speicherkatalysators durch Messung eines NOx-Gehalts hinter dem Speicherkatalysator überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung fortgesetzt wird, bis der Zweck der Aufheizung erreicht worden ist oder mit einer höheren Priorität ein anderer Betriebszustand angefordert wird.