DE19823513C1

DE19823513C1 - Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators

Info

Publication number: DE19823513C1
Application number: DE19823513A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr Zhang
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: FR2779181A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Ka talysators beim Start einer mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um den Kraftstoffverbrauch von Otto-Brennkraftmaschinen wei ter zu reduzieren, kommen Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung immer häufiger zum Einsatz.

Die Größe des Luftüberschusses bei einer mager betriebenen Otto-Brennkraftmaschine ist dadurch begrenzt, daß das Gemisch in der Brennkammer zündfähig bleiben muß. Ein besonders mage rer Betrieb läßt sich bei Schichtlade-Betrieb erreichen, so daß in der Brennkammer um die Zündkerze herum ausreichend zündwilliges Kraftstoff/Luft-Gemisch vorhanden ist, mit der Entfernung zur Zündkerze jedoch der Luftüberschuß zunimmt. Ein Verfahren, um diese Schichtladung zu erreichen, ist in der Veröffentlichung R. Houston, G. Cathcart, "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-Stroke Engines", Society of Automotive Engineers' SAE Paper 980153, Band SP 136 beschrieben. Bei diesem als OCP-System bekannten Verfahren wird unter Druck stehender Kraftstoff in eine Vor kammer eingespritzt und ebenfalls eigenständig gesteuert Luft in diese Vorkammer eingeblasen, wobei jeder Brennkammer eine eigene Vorkammer zugeordnet ist. Dieses Kraftstoff/Luft- Gemisch wird dann unter Druck (üblicherweise mit 6,5 bar) in die Brennkammern der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei arbeitet die Brennkraftmaschine teilweise mit voll geöffneten Drosselklappen. Durch die Vormischung und Einspritzung von Kraftstoff/Luft-Gemisch kann sichergestellt werden, daß im Bereich der Zündkerze zündwilliges Gemisch vorliegt und den noch insgesamt ein hoher Luftüberschuß realisiert wird.

Solche Brennkraftmaschinen mit magerer Verbrennung benötigen zur Erfüllung geforderter Abgasemissionsgrenzwerte einen Ka talysator im Abgastrakt. Die Wirksamkeit eines solchen Kata lysators setzt üblicherweise erst bei einer gewissen Betrieb stemperatur ein. Um die Zeit bis zum Erreichen der Betrieb stemperatur und somit die Menge der hierbei emittierten Schadstoffe zu minimieren, sind Maßnahmen notwendig, um den Katalysator möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen.

Üblicherweise wird zum schnellen Aufheizen des Katalysators eine Sekundärluft-Pumpe mit einem zugehörigen Ventil vorgese hen, die Luft in das Abgas während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine einbläst. Durch den so bewirkten zusätzli chen Luftüberschuß im Abgas soll der Wirkungsgrad eines noch nicht betriebswarmen Katalysators verbessert werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators beim Start einer nach dem OCP- System arbeitenden Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem in möglichst einfacher Weise eine schnelle Aufheizung erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs ge löst.

Erfindungsgemäß wird zu einem Zeitpunkt, bei dem sich der Kolben in der Nähe des unteren Totpunktes befindet vor dem Ausschiebetakt eine zusätzliche Einspritzung von Kraft stoff/Luft-Gemisch in die Brennkammer durchgeführt. Dadurch kann auf eine Sekundärluft-Pumpe verzichtet werden, da die exotherme Energie des nach-eingespritzten Kraftstoff/Luft- Gemisches zu einer schnellen Aufheizung des Katalysators führt.

Die exotherme Reaktion des nach-eingespritzten Kraft stoff/Luft-Gemisches erfolgt im Abgasstrang, wodurch sich die Abgastemperatur vor und im Katalysator erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die ein zige Figur der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine nach dem OCP-System arbeitende Brennkraft maschine schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 6 verfügt in ihrem Abgastrakt 8 über einen Katalysator 7. Der mit Luftüberschuß erfolgende Betrieb der Brennkraftmaschine 6 wird von einem Betriebssteuergerät 9 geregelt. In jede Brenn kammer 5 - die Anzahl hängt vom Typ der Brennkraftmaschine ab, es sind auch Einzylinder-Brennkraftmaschinen möglich - wird über eine zugeordnete Vorkammer 1 durch einen Injektor 4 ein vorgemischtes Kraftstoff/Luft-Gemisch eingespritzt. Die Vormischung erfolgt in der Vorkammer 1, in die eine separat geregelte Kraftstoffeinspritzung über eine Kraftstoffein spritzdüse 2 und eine separat geregelte Lufteinblasung über eine Lufteinblasdüse 3 erfolgt. Kraftstoffeinspritzung sowie Lufteinblasung in die Vorkammer 1 ebenso wie die Einspritzung über den Injektor 4 werden über nicht dargestellte Leitungen vom Betriebssteuergerät 9 gesteuert. Weiter erfaßt das Be triebssteuergerät 9 vielfältige Parameter der Brennkraftma schine, insbesondere, wie dargestellt, die von einem Tempera turaufnehmer 10 erfaßte Temperatur des Katalysators 7. Ist kein Temperaturaufnehmer 10 vorgesehen, kann das Betriebs steuergerät 9 die Temperatur des Katalysators 7 auch ander weitig, z. B. durch Messung der Abgastemperatur oder aus einem Modell rechnerisch bestimmen.

Zum schnellen Aufheizen des Katalysators 7 nach einem Start der Brennkraftmaschine 6 führt das Betriebssteuergerät 9 gleichzeitig die folgenden drei Maßnahmen durch:

a) Zu einem Zeitpunkt um den unteren Totpunkt jedes vor dem Ausschiebetakt stehenden Kolbens erfolgt über den Injektor 4 eine Nach-Einspritzung mit vorgemischtem Kraftstoff/Luft- Gemisch in die Brennkammern 5.
b) Das der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführte Kraft stoff/Luft-Gemisch wird mit einem Lambda-Wert λ ≈ 1 einge spritzt oder eventuell angefettet. Hierbei ist das Gemisch homogen. Die Anfettung bewirkt zugleich einen Lauf der Brenn kraftmaschine mit weniger Laufunruhe.
c) Die Zündung erfolgt später als im Normalbetrieb der Brenn kraftmaschine üblich, so daß sich eine Füllungserhöhung er gibt.

Diese drei Maßnahmen haben eine höhere Abgastemperatur zur Folge, wodurch der Katalysator schneller seine Betriebstempe ratur erreicht. Durch die Nach-Einspritzung zusätzlichen Kraftstoff/Luft-Gemisches, das aufgrund der Vormischung dabei gut zerstäubt wird, wird exotherme Energie im Abgastrakt 8 freigesetzt, die das Abgas erhitzt. Die Nach-Einspritzung er folgt vorzugsweise kurz vor dem Öffnen des Auslaßventils. Dieses zusätzliche, in einer Nach-Einspritzung zugeführte Kraftstoff/Luft-Gemisch wird dabei abhängig vom Luftmassen strom der Brennkraftmaschine 6 und dem Lambda-Wert des gezün deten Gemisches gewählt. Das zusätzliche Gemisch wird so ein gestellt, daß das Kraftstoff/Luft-Gemisch des Gesamtgemisches (normale Verbrennung und Nach-Einspritzung) immer noch mager bleibt, d. h. der Lambda-Wert über 1 liegt.

Selbstverständlich werden die drei Maßnahmen a) bis c) abhän gig von Betriebsparametern, wie Drehzahl und Füllung reali siert.

Claims

1. Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators beim Start ei ner mit Luftüberschuß arbeitenden Brennkraftmaschine, in de ren Brennkammern ein unter Druck stehendes Kraftstoff/Luft- Gemisch eingespritzt wird, das in zugehörigen Vorkammern durch eine separat gesteuerte Kraftstoffeinspritzung und eine separat gesteuerte Lufteinblasung gemischt wurde, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Aufheizen des Katalysators betriebsab hängig eine Nach-Einspritzung von Kraftstoff/Luft-Gemisch in die Brennkammern zu einem Zeitpunkt um den unteren Totpunkt vor dem Ausschiebetakt durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt später liegt als bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine und die Füllung erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff/Luft- Gemisch einen Lambda-Wert nahe oder gleich Eins hat.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des nach- eingespritzten Kraftstoff/Luft-Gemisches abhängig von den der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmassenstrom und dem Lambda-Wert des Kraftstoff/Luft-Gemisches der normalen Ver brennung gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des nach-eingespritzten Kraftstoff/Luft- Gemisches so gewählt wird, daß das Gesamtgemisch aus normaler Einspritzung und Nach-Einspritzung zu einem Abgas stromauf des Katalysators führt, das einem Lambda-Wert größer 1 ent spricht.