DE102017204722B4 - Abgasqualitätskontrolle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in einer Anordnung mit einem Abgastrakt, wobei die Abgase aller Zylinder in einen gemeinsamen Abgaskrümmer geleitet werden, mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und mindestens einer Abgasrückführungsleitung, die den Abgastrakt durch ein Ventil trennbar fluide mit dem Ansaugtrakt verbindet, in der mindestens ein Zylinder optional in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden kann als die anderen, und einer Steuereinrichtung, mit den Schritten:- Betreiben der Brennkraftmaschine,- Leiten von Abgas mittels der Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt,- Betreiben mindestens eines Zylinders mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch,- Modulieren des Betriebsmodus der weiteren Zylinder mittels der Steuereinrichtung derart, dass das Abgas aller Zylinder stöchiometrisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass das unterstöchiometrische Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitgestellt wird, wenn Werte eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors von voreingestellten Werten abweichen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei alle Zylinder wahlweise derart betrieben werden können, dass das Abgas aller Zylinder stöchiometrisch ist.
- In Kraftfahrzeugen mit einem Abgasrückführungssystem wird das Klopfverhalten von Brennkraftmaschinen häufig durch Steuern des rückgeleiteten Abgases beeinflusst, besonders, weil durch rückgeleitetes Abgas kühlere Verbrennungstemperaturen bereitgestellt werden können. Die Rückleitung von Abgas ist aus dem Stand der Technik bekannt (
DE 10 2013 009 476 A1 ,DE 10 2011 100 677A1 ). Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern das Abgas eines einzelnen Zylinders in alle Zylinder rückzuleiten, wobei dazu eine besondere Anordnung von Abgasleitungen bereitgestellt wird (US 9 200 599 B2 US 8 893 687 B2 ). In derDE 10 2015 111 200 A1 wird ebenfalls ein dedizierter Zylinder mit entsprechend nur diesem Zylinder zugeordneter Abgasrückführungsleitung verwendet, um die Temperatur eines Abgaskatalysators zu steuern. Wird dieser einzelne Zylinder unterstöchiometrisch betrieben, wird also fettes Abgas in die anderen Zylinder geleitet, kann das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine wirksam beeinflusst werden. Dabei ist dieser Ansatz jedoch aufwändig, da er ein besonderes Design der Brennkraftmaschine erfordert, die auch die Wärmeentwicklung im Abgastrakt berücksichtigen muss. Es besteht damit die Aufgabe, das Klopfverhalten einer Brennkraftmaschine auf effizientere Art und Weise zu beeinflussen. - Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.
- Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in einer Anordnung mit einem Abgastrakt, mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, mindestens einer Abgasrückführungsleitung, die den Abgastrakt durch ein Ventil trennbar fluide mit dem Ansaugtrakt verbindet, in der mindestens ein Zylinder optional in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden kann als die anderen, und einer Steuereinrichtung. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Betreiben der Brennkraftmaschine,
- - Leiten von Abgas mittels der Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt,
- - Betreiben mindestens eines Zylinders mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch,
- - Modulieren des Betriebsmodus der weiteren Zylinder mittels der Steuereinrichtung derart, dass das Abgas aller Zylinder stöchiometrisch ist.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Anordnung mit durchgeführt, die im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhafterweise kein spezielles Design erfordert, um das Abgas eines einzelnen Zylinders rückzuleiten. Damit ist es kostengünstiger als herkömmliche Verfahren, für die besondere Anordnung von Abgasleitungen bereitgestellt werden.
- Die Idee der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, bedarfsweise mindestens einen Zylinder mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch zu betreiben. Auf diese Weise wird von diesem Zylinder ein an Wasserstoff und Kohlenmonoxid reiches Abgas produziert, das als rückgeleitetes Abgas das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine günstig beeinflusst. Die übrigen Zylinder werden mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben. Das Betreiben verschiedener Zylinder mit unterschiedlichen Luft-Kraftstoff-Gemischen (fett und mager) wirkt sich ebenfalls günstig auf das Klopfverhalten der Brennkraftmaschine aus.
- Auf diese Weise wird weiterhin idealerweise erreicht, dass das Abgas insgesamt stöchiometrisch ist, das für den Betrieb eines Drei-Wege-Katalysator geeignet ist. Bevorzugt wird als Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Drei-Wege-Katalysator verwendet.
- Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Abgasrückführungsleitung zu einem Niederdruck-Abgasrückführungssystem gehört und in einem weiteren Verfahrensschritt die Menge des über das Niederdruck-Abgasrückführungssystem rückgeführten Abgases gesteuert wird. Die entsprechende Niederdruck-Abgasleitung weist ein Steuerventil auf, dessen Öffnungsgrad von der Steuereinrichtung gesteuert wird.
- Weiterhin ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Abgasrückführungsleitung zu einem Hochdruck-Abgasrückführungssystem gehört und in einem weiteren Verfahrensschritt die Menge des über das Hochdruck-Abgasrückführungssystem rückgeführten Abgases gesteuert wird. Die entsprechende Hochdruck-Abgasleitung weist ein Steuerventil auf, dessen Öffnungsgrad von der Steuereinrichtung gesteuert wird. Dabei kann die Anordnung sowohl ein Niederdruck-Abgasrückführungssystem und ein Hochdruck-Abgasrückführungssystem umfassen als auch nur eines dieser Systeme.
- Bevorzugt wird ein Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben.
- Ebenfalls bevorzugt können in dem Verfahren zwei Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das die Brennkraftmaschine mehr als zwei Zylinder aufweist, so dass das Abgas insgesamt noch stöchiometrisch wird.
- Es ist auch möglich, dass mehr als zwei Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden, solange insgesamt noch mindestens ein Zylinder mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, so dass das Abgas insgesamt noch stöchiometrisch wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Anzahl der mit einem unterstöchiometrischen Gemisch betriebenen Zylinder gleich der Anzahl der mit einem überstöchiometrischen Gemisch betriebenen Zylinder ist.
- Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens umfassend eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in einer Anordnung mit einem Abgastrakt, mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und mindestens einer Abgasrückführungsleitung, die den Abgastrakt durch ein Ventil trennbar fluide mit dem Ansaugtrakt verbindet, in der mindestens ein Zylinder optional in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden kann als in den anderen, und einer Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung besonders ausgebildet, um den Betrieb der einzelnen Zylinder mit einem unterstöchiometrischen oder überstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch zu steuern.
- Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
- Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
3 eine Fließdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. - In der in
1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung1 weist eine Brennkraftmaschine2 vier Zylinder3 auf. Die Brennkraftmaschine2 ist besonders eine fremdgezündete Brennkraftmaschine. Die Anzahl der Zylinder kann auch eine andere größer als eins sein. Von den Zylindern3 führen Abgasleitungen4 von der Brennkraftmaschine2 weg in einen Abgastrakt5 . In dem Abgastrakt5 ist ein Dreiwegekatalysator6 angeordnet. Stromaufwärts von dem Dreiwegekatalysator6 zweigt eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung7 vom Abgastrakt4 ab. In der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung7 ist eine erste Abgaskühlereinrichtung8 angeordnet. Die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung7 weist ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil9 auf. Am Punkt10 mündet die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung7 in den Ansaugtrakt11 . Im Abgastrakt5 können weitere katalytische Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung angeordnet sein. Im Abgastrakt5 kann eine Turbine eines Turboladers angeordnet sein (nicht gezeigt), wobei dann im Ansaugtrakt11 ein dazugehöriger Verdichter angeordnet ist. Im Ansaugtrakt11 sind stromaufwärts von der Brennkraftmaschine2 weiterhin ein Ladeluftkühler12 und eine Drosselklappe13 angeordnet. Der Ansaugtrakt11 stellt Ladeluft für die Brennkraftmaschine2 bereit. Der Ansaugtrakt11 verzweigt unmittelbar stromaufwärts der Brennkraftmaschine2 in mehrere Ansaugleitungen14 , die jeweils mit einem Zylinder3 verbunden sind. Dabei kann Kraftstoff über Einspritzeinrichtungen der Ladeluft zugeführt und in den Ansaugtrakt11 geleitet werden. Um einzelne Zylinder3 mit einem fetteren Kraftstoff-Luft-Gemisch betreiben zu können, kann Kraftstoff über nicht gezeigte Einspritzeinrichtungen in die Ansaugleitungen14 oder direkt in die Zylinder3 zylinderindividuell eingespritzt werden. - In der Anordnung
1 sind verschiedene Sensoren angeordnet, die mit einer Steuereinrichtung15 verbunden sind. Stromaufwärts vom Dreiwegekatalysator6 ist eine Lambdasonde16 angeordnet, und im Bereich der Brennkraftmaschine2 bzw. innerhalb der Brennkraftmaschine2 sind ein Klopfsensor17 und ein Temperatursensor18 angeordnet. Weitere Sensoren können an verschiedenen Stellen im Abgastrakt angeordnet sein, z.B. stromaufwärts des Abzweigs der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung eine weitere Lambdasonde16 . Die Steuereinrichtung15 ist weiterhin mit Steuermitteln des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 9, der Drosselklappe13 und nicht gezeigten Einspritzeinrichtungen für Kraftstoff verbunden. - Die in
2 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung1 weist zusätzlich zu der von1 eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung19 auf. In der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung19 sind ein Hochdruck-Abgasrückführungsventil20 und eine zweite Abgaskühlereinrichtung21 angeordnet. Die Steuereinrichtung15 ist mit Steuermitteln des Hochdruck-Abgasrückführungsventils20 verbunden. - In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der Darstellung von
3 wird in einem ersten Schritt S1 die Brennkraftmaschine2 betrieben. Dabei wird ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch für die Verbrennung in den Zylindern3 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung15 empfängt während des Betriebs Signale von den Sensoren. In einem zweiten SchrittS2 wird Abgas mittels der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung8 in den Ansaugtrakt11 geleitet. Die Menge des rückgeleiteten Abgases steuert die Steuereinrichtung15 u.a. in Abhängigkeit von den Werten des Klopfsensors17 und des Temperatursensors18 , indem die Steuermittel des oder der Abgasrückführventile angesteuert werden, um in SchrittS2 die Menge des der Ladeluft zugemischten Abgases zu regulieren. - In einem dritten Schritt
S3 wird ein Zylinder3 ausgewählt, der mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird. Dazu wird in den ausgewählten Zylinder beispielsweise eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt oder stromaufwärts des ausgewählten Zylinders3 in den Ansaugtrakt bzw. die entsprechende Ansaugleitung geleitet. Die übrigen drei Zylinder3 werden weiterhin mit einem mageren Gemisch betrieben. In einem vierten SchrittS4 wird der Betriebsmodus der weiteren Zylinder3 mittels der Steuereinrichtung15 derart nachgesteuert, dass das Abgas aller Zylinder3 stöchiometrisch ist. Der Sauerstoffgehalt des Abgases wird von der Lambdasonde16 erfasst. Weiterhin fließen besonders Werte des Klopfsensors17 in die Steuerung des Betriebsmodus der einzelnen Zylinder ein. Weicht das Klopfen der Brennkraftmaschine2 von voreingestellten Schwellenwerten ab, werden von der Steuereinrichtung15 Signale an Steuermittel der Kraftstoffeinspritzung gesendet, um in SchrittS4 das Kraftstoff-Luft-Gemisch für die einzelnen Zylinder3 derart einzustellen, dass dem Klopfen entgegengewirkt wird. Dazu kann beispielsweise ein weiterer Zylinder3 mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden oder die Kraftstoffmenge des Kraftstoff-Luft-Gemischs für einen oder mehrere Zylinder3 leicht erhöht werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anordnung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Zylinder
- 4
- Abgasleitungen
- 5
- Abgastrakt
- 6
- Dreiwegekatalysator
- 7
- Niederdruck-Abgasrückführungsleitung
- 8
- erste Abgaskühlereinrichtung
- 9
- Niederdruck-Abgasrückführungsventil
- 10
- Einmündung der Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt
- 11
- Ansaugtrakt
- 12
- Ladeluftkühler
- 13
- Drosselklappe
- 14
- Ansaugleitungen
- 15
- Steuereinrichtung
- 16
- Lambdasonde
- 17
- Klopfsensor
- 18
- Temperatursensor
- 19
- Hochdruck-Abgasrückführungsleitung
- 20
- Hochdruck-Abgasrückführungsventil
- 21
- zweite Abgaskühlereinrichtung
Claims (9)
- Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern in einer Anordnung mit einem Abgastrakt, wobei die Abgase aller Zylinder in einen gemeinsamen Abgaskrümmer geleitet werden, mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und mindestens einer Abgasrückführungsleitung, die den Abgastrakt durch ein Ventil trennbar fluide mit dem Ansaugtrakt verbindet, in der mindestens ein Zylinder optional in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden kann als die anderen, und einer Steuereinrichtung, mit den Schritten: - Betreiben der Brennkraftmaschine, - Leiten von Abgas mittels der Abgasrückführungsleitung in den Ansaugtrakt, - Betreiben mindestens eines Zylinders mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch, - Modulieren des Betriebsmodus der weiteren Zylinder mittels der Steuereinrichtung derart, dass das Abgas aller Zylinder stöchiometrisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass das unterstöchiometrische Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitgestellt wird, wenn Werte eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors von voreingestellten Werten abweichen.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei als Abgasnachbehandlungs-einrichtung ein Drei-Wege-Katalysator verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abgasrückführungsleitung zu einem Niederdruck-Abgasrückführungssystem gehört und in einem weiteren Verfahrensschritt die Menge des über das Niederdruck-Abgasrückführungssystem rückgeführten Abgases gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abgasrückführungsleitung zu einem Hochdruck-Abgasrückführungssystem gehört und in einem weiteren Verfahrensschritt die Menge des über das Hochdruck-Abgasrückführungssystem rückgeführten Abgases gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird.
- Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 -4 , wobei zwei Zylinder mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anzahl der mit einem unterstöchiometrischen Gemisch betriebenen Zylinder gleich der Anzahl der mit einem überstöchiometrischen Gemisch betriebenen Zylinder ist.
- Anordnung (1) zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem der
Ansprüche 1 -7 , umfassend eine Brennkraftmaschine (2) mit mehreren Zylindern (3) in einer Anordnung mit einem Abgastrakt (5), mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (6) und mindestens einer Abgasrückführungsleitung (7), die den Abgastrakt (5) durch ein Ventil (9) trennbar fluide mit dem Ansaugtrakt (11) verbindet, in der mindestens ein Zylinder (3) optional in einem anderen Betriebsmodus betrieben werden kann als in den anderen, einem Klopfsensor (17) und einer Steuereinrichtung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) ausgebildet ist, den Betrieb der einzelnen Zylinder (3) in Abhängigkeit von den Werten des Klopfsensors (17) mit einem unterstöchiometrischen oder überstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch zu betreiben. - Kraftfahrzeug mit einer Anordnung gemäß
Anspruch 8 .
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