• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaskatalysator, der bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine auf Katalysator-Betriebstemperatur aufgeheizt wird, bei der die zusammen mit einem Abgasstrom über wenigstens ein Auslassventil aus einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine ausströmenden Schadstoffe in dem Abgaskatalysator konvertiert werden. Erfindungsgemäß wird die Öffnung der Zylinder-Auslassventile während der Kaltstartphase gegenüber einer Auslassventil-Basiseinstellung, bezogen auf den oberen Totpunkt (OT) bzw. bezogen auf den Grad Kurbelwinkel, in Richtung spät verschoben und/oder der Ventilhub der Zylinder-Auslassventile während der Kaltstartphase gegenüber einer Auslassventilhub-Basiseinstellung verkleinert.
    公开号:DE102004016386A1
    申请号:DE200410016386
    申请日:2004-04-02
    公开日:2005-10-27
    发明作者:Ralf Dr. Budack；Bodo Odendall；Bernhard Pfalzgraf
    申请人:Audi AG；
    IPC主号:F01N3-20
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineeines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriffdes Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung einesderartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
    [0002] ZurEinhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Abgasnormen ist es beimBetreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs allgemeinbekannt, den der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaskatalysatormöglichstschnell auf dessen Betriebstemperatur zu erwärmen. Im betriebswarmen Zustandliegen die Konvertierungsraten der Abgaskatalysatoren bei knapp100 %. Dies bedeutet wiederum, dass ein Großteil der Emissionen in der Warmlaufphasebzw. Kaltstartphase entstehen. In der Zeit, die für die Aufheizungdes Katalysators auf die sog. Light-Oft-Temperatur als Katalysator-Anspringtemperaturbenötigtwird, hat somit der Katalysator keine Konvertierungsleistung, d.h. die Schadstoffe werden in diesem Zeitraum nicht konvertiert undwerden daher ungereinigt in die Umgebung entlassen.
    [0003] DieVerkürzungder Aufheizphase eines Katalysators während des Kaltstartes einerBrennkraftmaschine ist daher besonders wichtig, um die Schadstoffemissionenzu minimieren. Gemäß einemallgemein bekannten Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineeines Kraftfahrzeugs mit einem der Brennkraftmaschine nachgeschaltetenAbgaskatalysator, wird bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschineder Abgaskatalysator auf Katalysator-Betriebstemperatur aufgeheizt. Bei dieserKatalysator-Betriebstemperatur werden die zusammen mit einem Abgasstrom über wenigstensein Auslassventil aus einem Brennraum eines Zylinders der BrennkraftmaschineausströmendenSchadstoffe in dem Abgaskatalysator konvertiert.
    [0004] Konkretist hier als Abgaskatalysator ein elektrischer Heizkatalysator vorgesehen,bei dem der Abgaskatalysator durch den Einsatz zusätzlicher elektrischerHeizelemente auf seine Katalysator-Betriebstemperatur erwärmt wird.Die hierfürbenötigte hoheelektrische Leistung vor oder währenddes Starts der Brennkraftmaschine wird vom Bordnetz bereitgestellt,was insbesondere unter Berücksichtigungeines beim Kaltstart niedrigen Motorwirkungsgrades und damit aucheinem schlechten Generatorwirkungsgrades bei einer üblichenBordnetzspannung nachteilig ist.
    [0005] Danebenist es auch bekannt, den Abgaskatalysator durch die Einblasung vonSekundärluftin den Abgasstrang durch die Verbrennung der brennbaren Abgasbestandteilezu erwärmen.Die Sekundärluftkann z. B. mittels einer elektrischen Pumpe in die Auslasskanäle der Brennkraftmaschineeingeblasen werden. Auch dieser Aufwand zur schnellen Aufheizungdes Abgaskatalysators auf Katalysator-Betriebstemperatur ist relativaufwendig.
    [0006] Esist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einerBrennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowieeine Vorrichtung zur Durchführungeines derartigen Verfahrens zu schaffen, mit dem bzw. mit der beimKaltstart einer Brennkraftmaschine eine schnelle Aufheizung desAbgaskatalysators auf Katalysator-Betriebstemperatur möglich ist undmit dem beim Kaltstart der Brennkraftmaschine zudem auch die Schadstoffemissionenreduziert werden können.
    [0007] DieseAufgabe wird bezüglichdes Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
    [0008] Gemäß Anspruch1 wird die Öffnungder Zylinder-Auslassventile währendder Kaltstartphase gegenübereiner Auslassventil-Basiseinstellung bezogen auf den oberen Totpunkt(OT) bzw. bezogen auf Grad Kurbelwinkel in Richtung spät verschoben,so dass dadurch insbesondere der durch die Zylinder-Auslassventile ausströmende Abgasstromeine höhereAbgastemperatur aufweist als ein Abgasstrom in der Auslassventilöffnungs-Basiseinstellung derZylinder-Auslassventile. Dabei kann das Schließen der Zylinder-Auslassventilebezogen auf den oberen Totpunkt (OT) bzw. bezogen auf Grad Kurbelwinkelin etwa gegenübereiner Auslassventilöffnungs-Basiseinstellungkonstant gehalten werden, so dass sich dadurch eine kurze Auslassventil-Öffnungsdauereinstellt. Alternativ dazu kann, wie dies mit Anspruch 3 beanspruchtist, das Schließender Zylinder-Auslassventile währendder Kaltstartphase gegenüberder Auslassventil-Basiseinstellung bezogen auf den oberen Totpunkt(OT) bzw. bezogen auf Grad Kurbelwinkel verändert werden, vorzugsweise soin Richtung früh(z. B. ca. 10 bis 15°)oder spätverschoben werden, dass in Verbindung mit der in Richtung spät verschobenen Öffnung derZylinder-Auslassventileeine gegenüberder Auslassventil-Basiseinstellung kürzere Gesamtventilöffnungszeitmit den zuvor erwähntenerfindungsgemäßen Vorteilenerreicht wird. Besonders bevorzugt ist dabei nach Anspruch 4 einSchließender Zylinder-Auslassventile spätestensbei Erreichen des OT, wobei dann entsprechend das Öffnen derZylinder-Auslassventile vorzugsweise bei 20 bis 100, höchst bevorzugtbei 30 bis 50 Grad Kurbelwinkel vor OT erfolgt.
    [0009] Alternativoder zusätzlichwird der Ventilhub der Zylinder-Auslassventile nach Anspruch 1 während derKaltstartphase gegenübereiner Auslassventilhub-Basiseinstellungverkleinert. Dadurch kann wiederum insbesondere erreicht werden,dass die Verweilzeit der heißenAbgase und der Schadstoffe im Brennraum des Zylinders nach der Expansionzur Verringerung der Rohemissionen erhöht wird.
    [0010] ImSinne der erwünschtenKatalysatorbeheizung währendder Kaltstartphase erhöhtsich durch das späte Öffnen derAuslassventile die Ladungswechselarbeit in erheblichem Maße, waswiederum eine Erhöhungdes Energieumsatzes zur Kompensation dieser erheblich erhöhten Ladungswechselarbeit erfordertund eine Anhebung der Abgastemperatur im Brennraum des Zylindersbewirkt. Weiterhin wird durch diese bewusste Verschlechterung desMotorwirkungsgrades bei einer geforderten konstanten Leistungsabgabedes Motors der Abgasmassendurchsatz des Motors deutlich erhöht. Zusammenfassendwird somit die Abgastemperatur und der Abgasmassenwärmestromdeutlich erhöht.
    [0011] Grundsätzlich können diebeiden Maßnahmenauch unabhängigvoneinander alleine vorgenommen werden. Besonders bevorzugt istjedoch deren Kombination, d. h., dass gleichzeitig mit einer Verschiebungder Öffnungder Auslassventile in Richtung spät auch eine Verkleinerung desHubs der Auslassventile vorgenommen wird.
    [0012] Gemäß einerbesonders bevorzugten Verfahrensführung nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dassdie Längeder Öffnungder Zylinder-Auslassventile 20 bis 100 Grad Kurbelwinkel, bevorzugt30 bis 50 Grad Kurbelwinkel bezogen auf einen Ventilhub von 1 mmbeträgt.Die Verkürzungder Öffnungsdauerbedingt hierbei in der Regel eine Verringerung des Ventilhubes imVergleich zum Basisventilhub, insbesondere aufgrund der Ventiltriebskinematik.
    [0013] NachAnspruch 5 ist vorgesehen, dass die Kaltstart-Ventilüberschneidungder Öffnungder Zylinder-Auslassventile und der Zylinder-Einlassventile während derKaltstartphase gegenübereiner Ventilüberschneidungs-Basiseinstellungreduziert ist. Besonders bevorzugt ist die Überschneidung der Öffnung vonEinlass- und Auslassventilen dabei sehr gering, da ansonsten dieErhöhungdes Restgasgehaltes eine gute Verbrennung bzw. die Frischgasbefüllung behindernkönnte.Die Längeder Ventilöffnungsollte dabei gerade so lang sein, dass das Restgas sicher ausgespült werdenkann. Dies ist bei den zuvor in Verbindung mit Anspruch 2 beschriebenen ca.20 bis 100, bevorzugt 30 bis 50 Grad Kurbelwinkel der Fall.
    [0014] EntsprechendAnspruch 6 kann dabei bei einer Mehrventil-Brennkraftmaschine einesoder aber auch mehrere der Auslassventile geschlossen bleiben, z.B. nur eines der Auslassventile geöffnet werden.
    [0015] Beieiner gemäß Anspruch7 vorgesehenen maximalen Befüllungdes Brennraumes des Zylinders währendder Kaltstartphase mit einer maximal möglichen Menge an Frischgasbzw. Frischgas-Kraftstoffgemisch erhöht sich der Abgaswärmestrom deutlichgegenübereiner zu dieser Drehzahl gehörendenVolllast, so dass die den Zylinder verlassenden Abgase eine sehrhohe Temperatur aufweisen, was fürdie schnelle Aufheizung des Abgaskatalysators auf Betriebstemperaturvon erheblichem Vorteil ist. Dies beruht insbesondere darauf, dassnur ein kleiner Teil der maximal umsetzbaren Gesamtenergie in mechanischeArbeit umgewandelt wird, so dass der Rest der zur Verfügung stehendenEnergie als Wärmeenergiean das Abgas abgegeben werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbeinach Anspruch 8 der Zündwinkelwährendder Kaltstartphase gegenübereiner Zündwinkel-Basiseinstellungin Richtung spätverlagert, wobei der Zündwinkelnach Anspruch 9 möglichstsoweit in Richtung spätverlagert wird, bis der Brennraum mit der maximalen Frischgasmengebeschickt ist.
    [0016] Bezüglich desVentilhubs ist nach Anspruch 10 in einer konkreten Verfahrensführung vorgesehen,dass dieser bei den Zylinder-Auslassventilen vorzugsweise während derKaltstartphase lediglich 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 2 mm beträgt, so dass sichgegenüberherkömmlichenVentilhübenvon bis zu 12 mm eine deutliche Reduzierung mit den zuvor in Verbindungmit dem Anspruch 1 genannten Vorteilen ergibt.
    [0017] Besondersbevorzugt wird nach Anspruch 11 zur Änderung der Auslassventil-Basiseinstellungen indie Auslassventil-Kaltstarteinstellungen eine Nockenwellenverstellungvorgenommen. Eine derartige Nockenwellenverstellung kann auf einfacheWeise ggf. mit ohnehin vorhandenen Bauteilen eines Nockenwellen-Verstellsystemslediglich durch steuerungstechnische Maßnahmen durchgeführt werden.
    [0018] Besondersbevorzugt erfolgt hierbei die Nockenwellenverstellung in Abhängigkeitvon der Katalysatortemperatur. So können bei Erreichen der Katalysator-Betriebstemperaturmittels einer Nockenwellenverstellung die Kaltstarteinstellungenwieder rückgängig gemachtwerden und wieder die Auslassventil-Basiseinstellungen eingestellt werden.Bevorzugt wird dabei nach Anspruch 13 gemäß einer konkreten Verfahrensführung dieNockenwelle mittels einer Steuereinrichtung vor oder während einesKaltstarts so verstellt, dass zum Kaltstart die Auslassventil-Kaltstarteinstellungeneingestellt werden.
    [0019] DieAufgabe wird bezüglichder Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
    [0020] Gemäß Anspruch14 ist vorgesehen, dass zur Verstellung der Auslassventil-Basiseinstellungen indie Auslassventil-Kaltstarteinstellungen und auch wieder zurück eineNockenwellen-Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mit der eine Verstellungder den Auslassventilen zugeordneten Nockenwelle durchführbar ist.
    [0021] Wiedies bereits zuvor ausführlicherläutert wordenist, ist eine derartige Nockenwellen-Verstelleinrichtung vorteilhaftdurch ein ggf. bereits vorhandenes Nockenwellen-Verstellsystem gebildet.
    [0022] DieErfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    [0023] Dieeinzige Figur zeigt schematisch Ventilerhebungskurven, wobei hierder Ventilhub überGrad Kurbelwinkel aufgetragen ist.
    [0024] Einehier nicht dargestellte Brennkraftmaschine weist Zylinder auf, diejeweils Zylinder-Einlass- und Auslassventile aufweisen, die in Abhängigkeitvon vorgegebenen Steuerungsparametern entsprechend geöffnet undgeschlossen werden. Die in der 1 strichlierteingezeichnete Kurve 1 zeigt die Öffnung der Zylinder-Auslassventileeines Zylinders der Brennkraftmaschine gemäß einer Auslassventil-Basiseinstellung,gemäß der dasZylinder-Auslassventil bei Erreichen des unteren Totpunktes (UT) öffnet undanschließendbei Erreichen des oberen Totpunktes (OT) wieder schließt.
    [0025] Wiedies der 1 weiter zu entnehmen ist, wirddie Öffnungder Zylinder-Auslassventilewährendder Kaltstartphase gegenüberder Auslassventil-Basiseinstellungbezogen auf Grad Kurbelwinkel in Richtung spät verschoben und zudem derVentilhub hK der Zylinder-Auslassventilegegenüberder Auslassventilhub-Basiseinstellung hB verkleinert,wie dies beispielhaft durch die Kurve 2 in 1 dargestelltist.
    [0026] Durchdiese Maßnahmenbeim Kaltstart der Brennkraftmaschine wird erreicht, dass der durchdie Zylinder-Auslassventile ausströmende Abgasstrom eine höhere Abgastemperaturaufweist als ein Abgasstrom in der Auslassventilöftnungs-Basiseinstellung derZylinder-Auslassventile. Zudem wird hierdurch auch die Verweilzeitder heißenAbgase und damit der Schadstoffe im Brennraum des Zylinders zurVerringerung der Rohemissionen erhöht.
    [0027] Bevorzugtbeträgtdie Längeder Öffnungder Zylinder-Auslassventile zwischen 30 bis 50 Grad Kurbelwinkel,wobei das Öffnender Zylinder-Auslassventile bevorzugt bei 30 bis 50 Grad Kurbelwinkel vorOT erfolgt.
    [0028] DerVentilhub hK der Zylinder-Auslassventile während derKaltstartphase beträgtvorzugsweise zwischen 1 bis 2 mm.
    [0029] Zur Änderungder Auslassventil-Basiseinstellungen in die Auslassventil-Kaltstarteintellungen, d.h. zum Übergangvon der Kurve 1 in die Kurve 2 im Diagramm der 1 wirdmittels bekannten Nockenwellen-Verstellsystemen eine Nockenwellenverstellungvorgenommen.
    [0030] Sobaldder Abgaskatalysator nach der Kaltstartphase auf seine Betriebstemperaturaufgeheizt worden ist, d. h. der Abgaskatalysator seine Light-Off-Temperatur erreichthat, kann dann wiederum von der Steuereinrichtung entsprechend vonden Auslassventil-Kaltstarteinstellungen gemäß Kurve 2 auf dieAuslassventil-Basiseinstellungen der Kurve 1 als Standardeinstellungen übergewechseltwerden.
    [0031] Inder 1 sind mit 2' und 2'' nochalternative Kurvenverläufebezüglichdes Öffnens,des Schließensund des Ventilhubs der Auslassventile gezeigt, mit denen die erfindungsgemäßen Vorteile ebenfallsbesonders bevorzugt erreicht werden.
    [0032] Insgesamtlässt sichmit einer derartigen erfindungsgemäßen Verfahrensweise somit einschnelles Aufheizen des Abgaskatalysators auf dessen Betriebstemperaturbei gleichzeitig verminderter Rohemission an Schadstoffen erzielen.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineeines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem derBrennkraftmaschine nachgeschalteten Abgaskatalysator, der bei einemKaltstart der Brennkraftmaschine auf Katalysator-Betriebstemperaturaufgeheizt wird, bei der die zusammen mit einem Abgasstrom über wenigstensein Auslassventil aus einem Brennraum eines Zylinders der BrennkraftmaschineausströmendenSchadstoffe in dem Abgaskatalysator konvertiert werden, dadurchgekennzeichnet, dass die Öffnung der Zylinder-Auslassventilewährendder Kaltstartphase gegenübereiner Auslassventil-Basiseinstellung bezogen auf den oberen Totpunkt(OT) bzw. bezogen auf Grad Kurbelwinkel in Richtung spät verschobenwird, und/oder dass der Ventilhub der Zylinder-Auslassventilewährendder Kaltstartphase gegenübereiner Auslassventilhub-Basiseinstellung verkleinert wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Längeder Öffnungder Zylinder-Auslassventile 20 bis 100 Grad Kurbelwinkel, bevorzugt30 bis 50 Grad Kurbelwinkel beträgt.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass das Schließender Zylinder-Auslassventile währendder Kaltstartphase gegenüberder Auslassventil-Basiseinstellung bezogen auf den oberen Totpunkt(OT) bzw. bezogen auf Grad Kurbelwinkel verändert wird, vorzugsweise soin Richtung frühoder spätverschoben wird, dass in Verbindung mit der in Richtung spät verschobenen Öffnung derZylinder-Auslassventile eine gegenüber der Auslassventil-BasiseinstellungkürzereGesamtventilöffnungszeiterreicht wird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, dass das Schließender Zylinder-Auslassventile spätestensbei Erreichen des OT vorgenommen wird, und dass das Öffnen derZylinder-Auslassventile bei 20 bis 100 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweisebei 30 bis 50 Grad Kurbelwinkel vor OT erfolgt.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Kaltstart-Ventilüberschneidungder Öffnungder Zylinder-Auslassventileund der Zylinder-Einlassventile während der Kaltstartphase gegenüber einerVentilüberschneidungs-Basiseinstellungreduziert ist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass bei einer Mehrventil-Brennkraftmaschine wenigstens eines derAuslassventile geöffnetwird.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Brennraum des Zylinders während der Kaltstartphase miteiner maximal möglichenMenge an Frischgas bzw. Frischgas-Kraftstoffgemisch beschickt wird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Zündwinkelwährendder Kaltstartphase gegenübereiner Zündwinkel-Basiseinstellung inRichtung spätverlagert wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass der Zündwinkelso weit in Richtung spätverlagert wird, bis der Brennraum mit der maximalen Frischgasmengebeschickt ist.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Ventilhub (hK) der Zylinder-Auslassventilewährendder Kaltstartphase 1 bis 2 mm beträgt.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass zur Änderungder Auslassventil-Basiseinstellungen in die Auslassventil-Kaltstarteinstellungeneine Nockenwellenverstellung vorgenommen wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Nockenwellenverstellung in Abhängigkeit von der Katalysatortemperaturerfolgt dergestalt, dass bei Erreichen der Katalysator-Betriebstemperaturmittels einer Nockenwellenverstellung die Kaltstarteinstellungenwieder rückgängig gemachtwerden und die Auslassventil-Basiseinstellungen wieder eingestelltwerden.
    [13] Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurchgekennzeichnet, dass die Nockenwelle mittels einer Steuereinrichtungvor oder wäh rendeines Kaltstarts so verstellt wird, dass zum Kaltstart die Auslassventil-Kaltstarteinstellungeneingestellt werden.
    [14] Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nachden Ansprüchen1 bis 13, mit einer Ventil-Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstenseines Auslassventils eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, dadurchgekennzeichnet, dass zur Verstellung der Auslassventil-Basiseinstellungenin die Auslassventil-Kaltstarteinstellungen und zurück eineNockenwellen-Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mit der eine Verstellungder den Auslassventilen zugeordneten Nockenwelle durchführbar ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-10-27| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-08-16| 8364| No opposition during term of opposition|
    2020-11-03| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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