DE102018214907A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine beschrieben. Zur Erhöhung und/oder Aufrechterhaltung einer Katalysatortemperatur in einem Abgastrakt, wird einem Brennraum der Brennkraftmaschine Gas in wenigstens zwei Teilmengen pro Verbrennungsvorgang zugeführt. Eine erste Teilmenge wird zu Beginn eines Ansaugtaktes zugeführt und eine zweite Teilmenge wird unmittelbar vor einer Zündung zugeführt. Durch die zweite Teilmenge wird ein lokal um die Zündkerze unterstöchiometrisches Gemisch im Brennraum erzeugt.

Description

  • Stand der Technik
  • Moderne Brennkraftmaschinen, die als Ottomotoren ausgeführt sind, werden alternativ oder ergänzend zu Benzin mit Erdgas betrieben. Bei Erdgas handelt es sich um einen verdichteten gasförmigen Kraftstoff, der auch als CNG bezeichnet wird. Der Kraftstoff Erdgas ist ein natürlich vorkommendes Gasgemisch, welches bis zu 98% Methan enthalten kann. Methan weist in seiner Verbindung das niedrigste Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff aller bekannten Kohlenwasserstoffe auf und besitzt aufgrund seiner stabilen Molekülstruktur eine hohe Klopffestigkeit. Im Vergleich zu Benzin erlauben diese Eigenschaften von Erdgas den Betrieb eines Ottomotors mit höherem Wirkungsgrad und gleichzeitig mit bis zu 25 % geringerem CO2 Ausstoß, sowie kaum nachweisbaren Partikelemissionen. Infolge der genannten Molekülstabilität von Methan ergibt sich jedoch ein Nachteil bei der katalytischen Nachbehandlung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die zum größten Teil ebenfalls aus Methan bestehen.
  • Um die unverbrannten Kohlenwasserstoffe eines mit Erdgas betriebenen Ottomotors im Katalysator aufzuspalten und weiter zu den unschädlichen Komponenten Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, bedarf es gegenüber dem mit Benzin betriebenen Ottomotor einer deutlich höheren Energie. Der erhöhte Energiebedarf zur Aufspaltung des Methanmoleküls gegenüber anderen Kohlenwasserstoffen kann in Form einer höheren sogenannten Light-Off-Temperatur des Katalysators ausgedrückt werden. Die Light-Off-Temperatur definiert die Mindesttemperatur, bei der gerade 50% der betreffenden Schadstoffspezies wie bspw. unverbrannte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid im Katalysator in unschädliche Abgasbestandteile wie Wasser und Kohlendioxid konvertiert werden können.
    Wird die Brennkraftmaschine in Betriebsbereichen mit niedriger Last und Drehzahl betrieben, fällt die Abgastemperatur soweit ab, dass der Katalysator die Light-Off-Temperatur für unverbrannte Kohlenwasserstoffe, in diesem Fall von Methan, unterschreitet und die Schadstoffe größtenteils unkonvertiert in die Umwelt gelangen. Um den Katalysator in solchen Betriebsbereichen niedriger Motorabgastemperaturen stets über der Light-Off-Temperatur zu halten, sind gezielte Heiz- bzw. Warmhaltemaßnahmen notwendig.
  • Bekannte angewandte Maßnahmen sind bspw. der sogenannte Lambda-Split-Betrieb oder die Spätverstellung des Zündwinkels. Bei einem Lambda-Split-Betrieb wird jeweils ein Zylinder der Brennkraftmaschine überstöchiometrisch, also mit Sauerstoffüberschuss und der jeweils nachfolgende Zylinder unterstöchiometrisch, also mit Sauerstoffmangel, betrieben. In Summe bleibt das Abgas, sobald es sich im Abgastrakt aus allen Zylindern vermischt, stöchiometrisch mit Lambda gleich eins, um die volle Funktionsfähigkeit des 3-Wege-Katalysators sicherzustellen. Das Ziel einer solchen Betriebsstrategie ist eine Erhöhung der Kohlenmonoxid-Rohemissionen. Die Bildung von Kohlenmonoxid erfolgt durch eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs aufgrund von Sauerstoffmangel, was jedoch gleichzeitig auch mit einer Erhöhung der unverbrannten Kohlenwasserstoff-Emissionen einhergeht. Ein solcher Sauerstoffmangel ist in den unterstöchiometrisch laufenden Zylindern vorzufinden. Da die Light-Off-Temperatur von Kohlenmonoxid niedriger ist als die von Methan, reicht die vorherrschende Temperatur des Katalysators in Betriebsbereichen niedriger Motorabgastemperaturen meist aus, um das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser zu konvertieren. Diese chemische Reaktion im Katalysator verläuft exotherm, das heißt, es wird Wärme freigesetzt, die den Katalysator aufheizt und somit dazu verhilft, die Light-Off-Temperatur von Methan zu erreichen. Somit wird bei dieser Maßnahme der Katalysator durch intern ablaufende chemische Reaktionen aufgeheizt.
  • Bei der Maßnahme mit Spätverstellung des Zündwinkels wird hingegen eine spät ablaufende Verbrennung im Brennraum herbeigeführt, die die Abgastemperatur direkt erhöht und somit der Katalysator anschließend aufheizt wird. Sie wird vor allem dann eingesetzt, wenn die Katalysatortemperatur so niedrig ist, dass selbst das Kohlenmonoxid nicht konvertiert werden kann.
  • Beide Maßnahmen führen zu einer Erhöhung der Katalysatortemperatur, gehen jedoch gleichzeitig auch mit einer Erhöhung der Schadstoffemissionen, einer Verringerung des Wirkungsgrads zu Ungunsten des Kraftstoffverbrauchs sowie mit einer Verschlechterung der Motorlaufruhe einher.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat dem gegenüber den Vorteil, dass das Aufwärmen bzw. das Warmhalten des Katalysators auf einer Mindesttemperatur für die Konvertierung von im Abgas enthaltenem Methan während des Betriebs der Brennkraftmaschine in Teillast effizienter als bisher gestaltet werden kann. Dabei wird eine mindestens vergleichbare Erhöhung der Katalysatortemperatur bei gleichzeitig höherem Motorwirkungsgrad, verringerten Rohemissionen unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie einer höheren Motorlaufruhe gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren zur Steuerung einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, zur Erhöhung der Temperatur im Katalysator, dem Brennraum Gas in wenigstens zwei Teilmengen pro Verbrennungsvorgang zugeführt wird, wobei eine erste Teilmenge zu Beginn eines Ansaugtaktes zugeführt wird.
  • Dadurch, dass die zweite Teilmenge dem Brennraum direkt zugeführt wird, kann eine lokale Zone mit einem unterstöchiometrischen Gemisch im Brennraum um die Zündkerze erzeugt werden.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die zweite Teilmenge unmittelbar vor der Zündung direkt in den Brennraum zugeführt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zuführung der zweiten Teilmenge mit Beginn der Zündung endet. Dadurch verbleibt nicht genügend Zeit für die Durchmischung der zweiten Teilmenge und die räumlich beschränkte Zone mit einem unterstöchiometrischen Gemisch um die Zündkerze bleibt bis zur Entflammung des Gemischs im Brennraum erhalten.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die erste Teilmenge größer ist als die zweite Teilmenge und früh im Ansaugtakt zugeführt wird, um ein homogenes leicht überstöchiometrisches Grundgemisch, was die unterstöchiometrische Zone umgibt, bilden zu können. Das globale Luftverhältnis im gesamten Zylinder verbleibt dabei stöchiometrisch mit Lambda gleich eins.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Injektor für die Zuführung der zweiten Teilmenge in dem Brennraum zentral und damit zündkerzennahe angeordnet ist. Damit wird die Ausbildung einer räumlich beschränkten Zone mit einem unterstöchiometrischen Gemisch um die Zündkerze unterstützt.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
  • Ausführungsform der Erfindung
    • In der 1 ist grob schematisch ein Brennraum einer Brennkraftmaschine und eine Steuervorrichtung dargestellt. Die Steuervorrichtung ist mit 100 bezeichnet. Diese verarbeitet verschiedene Signale FP und N von verschiedenen Sensoren 105 und 110. So liefert bspw. der Sensor 105 ein Signal FP, das den Fahrerwunsch charakterisiert. Der Sensor 110 liefert ein Signal bzgl. der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Der Brennraum ist mit 120 bezeichnet. Am oberen Ende des Brennraums ragt ein möglichst zentral positionierter Injektor 130 in diesen hinein. Ferner ist eine Zündkerze 140 im oberen Bereich des Brennraums angeordnet. Der untere Rand des Brennraums wird durch den Kolben des entsprechenden Zylinders gebildet, der durch auf und ab bewegen desselben den Brennraum vergrößert bzw. verkleinert.
  • Durch einen nicht dargestellten Ansaugtrakt gelangen Luft oder ggf. ein Gemisch aus Luft und Gas über die Einlassventile in den Brennraum 120. Ferner gelangt Abgas über die Auslassventile in einen ebenfalls nicht dargestellten Abgastrakt, in dem ein Abgasnachbehandlungssystem angeordnet ist. Das Abgasnachbehandlungssystem kann einen oder mehrere Katalysatoren umfassen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass im Ansaugtrakt ein weiterer Injektor vorgesehen ist, mittels dem das Gas über die Einlassventile in den Brennraum 120 gelangt. Dieses ist jedoch nicht zwingend erforderlich, sodass auch nur ein direkt im Brennraum 120 verbauter Injektor 130 für die gesamte Kraftstoffzufuhr ausreichend ist.
  • In Betriebszuständen mit niedrigen Lasten nimmt die Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem ab. Dadurch wird die Konvertierung von unverbranntem Methan zu Wasser und Kohlendioxid im Katalysator negativ beeinträchtigt. Ist kein Injektor 130 vorgesehen, der das Gas direkt in einen Brennraum 120 zuführt, ist eine Erhöhung der Abgastemperatur nur wie aus dem Stand der Technik bekannt, möglich. Hierzu werden zur Temperaturerhöhung ein sogenannter Lambda-Split-Betrieb mit ggf. einer Verstellung des Zündwinkels nach spät angewandt.
  • Die bekannten Verfahren besitzen unterschiedliche Wirkmechanismen zur Erhöhung der Katalysatortemperatur. Beim Lambda-Split-Betrieb wird die Katalysatortemperatur über intern ablaufende chemische Reaktionen erhöht. Die Spätverstellung des Zündwinkels hingegen erhöht direkt die Abgastemperatur, die den Katalysator anschließend aufheizt. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf einem ähnlichen Prinzip wie der Lambda-Split-Betrieb.
  • Zur Erzeugung von Kohlenmonoxid während eines Verbrennungsvorgangs werden Zustände oder Zonen mit einem unterstöchiometrischen Gemisch, also Bereiche mit Sauerstoffmangel, im Brennraum benötigt. Dazu wird mit dem bisherigen Lambda-Split-Verfahren durch eine einzelne pro Verbrennungsvorgang abgesetzte Gasmenge im Ansaugtrakt im gesamten Brennraum eines Zylinders ein Zustand mit einem unterstöchiometrischen Gemisch erzeugt, welcher zu Kohlenmonoxid-Entstehung führt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass durch den Sauerstoffmangel auch die Emissionen von unverbranntem Methan ansteigen. Um die letzteren gering zu halten und dabei dennoch genügend Kohlenmonoxid zur Aufheizung des Katalysators zu bilden, ist es auch zielführend, nicht im gesamten Brennraum unterstöchiometrisches Gemisch zu erzeugen, sondern nur in einem räumlich begrenzten Bereich, welcher von einem leicht überstöchiometrischen Gemisch, also mit Sauerstoffüberschuss, umgeben ist. Die Herbeiführung eines solchen Zustand des Gemisches ist Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Gas in wenigstens zwei Teilmengen pro Verbrennungsvorgang dem Brennraum zugeführt wird. Das Mengenverhältnis wird in einer vorteilhaften Ausführungsform so gewählt, dass die erste Teilmenge mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Teilmenge. Dabei wird die erste größere Menge zu Beginn des Ansaugtaktes dem Brennraum 120, entweder direkt mittels dem Ventil 130 oder durch einen im Ansaugtrakt angebrachten Injektor, zugeführt. Die zweite Teilmenge wird direkt dem Brennraum 120 der Brennkraftmaschine zugeführt. Dies erfolgt vorzugsweise mit dem Ventil 130. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Teilmenge unmittelbar vor der Zündung zugeführt wird und die Zuführung der zweiten Teilmenge mit Beginn der Zündung endet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zweite direkt zugeführte Teilmenge in der Nähe der Zündkerze 140 abgesetzt wird.
  • Durch die späte direkte Zuführung von Gas in Brennraum 120 bildet sich eine räumlich beschränkte Zone um die Zündkerze mit unterstöchiometrischem Gemisch aus. Dieser Bereich wird von einem leicht überstöchiometrischen Gemisch, gebildet durch die erste Teilmenge, eingeschlossen. Das globale Luftverhältnis des gesamten Brennraums bleibt dabei stets stöchiometrisch mit Lambda gleich eins. In der Zone des unterstöchiometrischen Gemisches wird während der Verbrennung bevorzugt Kohlenmonoxid gebildet, welches anschließend zur Temperaturerhöhung im Katalysator dient. Dadurch, dass der Großteil des Brennraumes leicht überstöchiometrisch ist, entstehen gleichzeitig weniger unverbrannte Kohlenwasserstoffe als es bei einem komplett unterstöchiometrisch eingestellten Brennraum wie beim Lambda-Split-Betrieb der Fall ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Temperaturniveaus und/oder allgemein zur Erhöhung der Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem verwendet. Vorteilhafterweise wird das Verfahren abhängig von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine durchgeführt. Das heißt, bei bestimmten Lastwerten und/oder Drehzahlwerten wird die Zuführung von Gas in einer einzelnen Menge oder in zwei Teilmengen durchgeführt. Dabei wird die zweite Teilmenge direkt in den Brennraum eingebracht. Die erste Teilmenge kann direkt in den Brennraum eingebracht werden oder sie kann alternativ über den Ansaugtrakt eingebracht werden.
  • Vorzugsweise wird das Verfahren mit zwei Teilmengen durchgeführt, wenn die Temperatur im Abgasnachbehandlungssystem unter einen Schwellenwert abfällt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Temperatur mittels eines Sensors erfasst wird und mit einem Schwellenwert verglichen wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ausgehend von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und ggf. weiteren Größen ein Betriebszustand erkannt wird, bei dem die Katalysatortemperatur unter die Light-Off-Temperatur fällt. Bei Erreichen dieser Last und/oder Drehzahlwerte wird dann das Verfahren mit zwei Teilmengen durchgeführt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Steuerung einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, bei dem zur Erhöhung und/oder Aufrechterhaltung einer Katalysatortemperatur in einem Abgastrakt, einem Brennraum der Brennkraftmaschine Gas in wenigstens zwei Teilmengen pro Verbrennungsvorgang zugeführt wird, wobei eine erste Teilmenge zu Beginn eines Ansaugtaktes zugeführt wird und eine zweite Teilmenge unmittelbar vor einer Zündung zugeführt wird, wobei durch die zweite Teilmenge ein lokal um die Zündkerze unterstöchiometrisches Gemisch im Brennraum erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilmenge dem Brennraum direkt zugeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der zweiten Teilmenge mit Beginn der Zündung endet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilmenge größer ist als die zweite Teilmenge.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das globale Luftverhältnis im gesamten Brennraum eines Zylinders stöchiometrisch mit Lambda gleich eins ist und lokale Zonen mit unter- bzw. überstöchiometrischem Gemisch ausgebildet werden.
  6. Vorrichtung zur Steuerung einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die zur Erhöhung und/oder Aufrechterhaltung einer Katalysatortemperatur in einem Abgastrakt, einem Brennraum der Brennkraftmaschine Gas in wenigstens zwei Teilmengen pro Verbrennungsvorgang zuführen, wobei die Mittel eine erste Teilmenge zu Beginn eines Ansaugtaktes und eine zweite Teilmenge unmittelbar vor einer Zündung zuführen, wobei durch die zweite Teilmenge ein lokal um die Zündkerze unterstöchiometrisches Gemisch im Brennraum erzeugt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Injektor für die Zuführung der zweiten Teilmenge in dem Brennraum zentral und damit zündkerzennahe angeordnet ist.
  8. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
  11. Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 8 ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020121058A1 (de) 2020-08-11 2022-02-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem beheizbaren Katalysator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020121058A1 (de) 2020-08-11 2022-02-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem beheizbaren Katalysator

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