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Title:
METHOD FOR INCREASING THE EXHAUST GAS TEMPERATURE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/016713
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for increasing the exhaust gas temperature for an internal combustion engine with several differently operated cylinders, at least one first cylinder, preferably a first group of cylinders being operated with a rich fuel/air mixture. According to the invention, the fuel/air ratio and/or the load of each individually operated cylinder is adjusted separately from the other cylinders, whereby the idle smoothness may be improved and the combustion in each cylinder is preferably individually adapted to the adjusted fuel/air ratio or the set load.

Inventors:
MEYERDIERKS DIETRICH (DE)
KOESKEMEIER FRIEDRICH (DE)
FUERHAPTER ALOIS (AT)
DENGER DIRK (AT)
PINTER ALEKSANDER (AT)
Application Number:
PCT/AT2006/000333
Publication Date:
February 15, 2007
Filing Date:
August 07, 2006
Export Citation:
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Assignee:
AVL LIST GMBH (AT)
MEYERDIERKS DIETRICH (DE)
KOESKEMEIER FRIEDRICH (DE)
FUERHAPTER ALOIS (AT)
DENGER DIRK (AT)
PINTER ALEKSANDER (AT)
International Classes:
F02D41/34
Domestic Patent References:
WO2003048533A12003-06-12
Foreign References:
EP1209339A12002-05-29
EP0902172A21999-03-17
US5758493A1998-06-02
DE10050473A12002-06-20
DE10051150A12001-05-17
DE4445779A11996-06-27
DE19830974A12000-01-13
US5531203A1996-07-02
Attorney, Agent or Firm:
BABELUK, Michael (Wien, AT)
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Claims:

PATENTANSPRüCHE

1. Verfahren zum Anheben der Abgastemperatur bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren verschieden betriebenen Zylindern, wobei zumindest ein erster Zylinder, vorzugsweise eine erste Gruppe der Zylinder mit fettem Kraft- stoff/Luft-Verhältnis betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis und/oder die Last jedes einzelnen aktiv betriebenen Zylinders unabhängig von den anderen Zylindern eingestellt wird, wobei vorzugsweise die Verbrennung in jedem Zylinder individuell an das eingestellte Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bzw. die eingestellte Last angepasst, vorzugsweise für das eingestellte Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bzw. die eingestellte Last optimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Verbrennung über die Brenngeschwindigkeit durch Variation der Steuerzeiten zumindest eines Einlassventils erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Brenngeschwindigkeit durch zylinderindividuelle Variation der Schließflanke zumindest eines Einlassventils erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Brenngeschwindigkeit durch zylinderindividuelle Variation des Ventilhubes zumindest eines Einlassventils erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Brenngeschwindigkeit durch zylinderindividuelle Zumessung von internem Restgas erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Verbrennung über die Verbrennungslage, vorzugsweise durch zylinderindividuelle Anpassung des Zündzeitpunktes erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Verbrennung durch zylinderindividuelle Variation des Einspritzzeitpunktes und/oder der Einspritzdauer erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis, 7, dadurch gekennzeichnet, dass der indizierte Mitteldruck während den Maßnahmen zum Anheben der Abgastemperatur in allen Zylindern gleich gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis des Abgases im Bereich eines Katalysators nach Zu-

sammenführung der Abgase der einzelnen Zylinder zwischen 0,9 und 1,1 beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in allen Zylindern stöchiometrisch eingestellt wird, die Zylinder aber unterschiedliche indizierte Mitteldrücke aufweisen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Zylinder, vorzugsweise eine zweite Gruppe der Zylinder mit einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem zweiten Zylinder, vorzugsweise bei einer zweiten Gruppe an Zylindern die Einspritzung des Kraftstoffes vollständig abgeschaltet wird und über die Steuerzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile dieses Zylinders eine vordefinierte Sekundärluftmenge und/oder durchgepumpte Frischluftmenge eingestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die restlichen gefeuerten Zylinder mit einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile zumindest eines abgeschalteten Zylinders geschlossen gehalten werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile zumindest eines abgeschalteten Zylinders geschlossen gehalten werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis und/oder die Last während des Motorbetriebes zumindest einmal, vorzugsweise periodisch, zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der Zylinder vertauscht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungslage thermodynamisch ungünstig Richtung spät verschoben wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zum Anheben der Abgastemperatur während der Warmlaufphase bis zum Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators durchgeführt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zum Anheben der Abgastemperatur in phasenniedri- gerer Motorlast zur Temperaturanhebung im Katalysator angewandt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zum Anheben der Abgastemperatur in Abhängigkeit der Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder der Umgebungstemperatur erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb und/oder unterhalb einer vordefinierten Gesamtmotorlast und/oder Drehzahl die Ungleichverteilung der Last und/oder des Kraftstoff/ Luft-Verhältnisses zwischen den Gruppen von Zylindern deaktiviert wird.

22. Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Partikelsensor, dessen Messprinzip auf dem auftretenden Spannungsabfall zwischen zwei Elektroden zu Folge sich auf einer Sensoroberfläche ansammelnden Rußpartikel beruht, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Partikelsensor zeitlich hintereinander mehrere Messungen durchgeführt werden und dass jede Messung bei Erreichen eines definierten Spannungsabfalls unterbrochen und die einzelnen Messdauern erfasst werden und nach Unterbrechen der Messung der Partikelfilter in einen elektrischen Ausgangszustand versetzt wird, und dass die einzelnen Messdauern zu eine Gesamtdauer addiert werden und aus der Gesamtdauer eine dem Beladungszustand des Partikelfilters proportionale Größe gebildet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter durch einen Abbrennvorgang der Partikel in den elektrischen Ausgangszustand versetzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und ein zweiter Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters angeordnet wird und dass die Zeitdauer des zweiten Partikelsensors bis zum Erreichen eines definierten Spannungsabfalls ins Verhältnis gesetzt wird zur Zeitdauer des ersten Partikelsensors bis zum Erreichen des definierten Spannungsabfalls und dass bei Abweichung dieses Verhältnisses von einer definierten Schwankungsbreite auf eine Fehlfunktion des Partikelfilters geschlossen wird.

25. Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters (102) einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem stromaufwärts des

Partikelfilters (102) im Abgasstrang angeordneten ersten Partikelsensor (103), dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Partikelfilters ein zweiter Partikelsensor (103a) angeordnet ist.

Description:

55416

Verfahren zur Anhebung der Abgastemperatur bei einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheben der Abgastemperatur bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren verschieden betriebenen Zylindern, wobei zumindest ein erster Zylinder, vorzugsweise eine erste Gruppe der Zylinder mit fettem Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Partikelsensor, dessen Messprinzip auf dem auftretenden Spannungsabfall zwischen zwei Elektroden zu Folge sich auf einer Sensoroberfläche ansammelnden Rußpartikel beruht. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem stromaufwärts des Partikelfilters im Abgasstrang angeordneten ersten Partikelsensor.

Es ist bekannt, einen Teil der Zylinder fett und einen anderen Teil der Zylinder mager zu betreiben, um eine exotherme Reaktion im Katalysator zu erzeugen, beispielsweise aus den Veröffentlichungen JP 05086848 A, WO 01/21950 Al, US 6,467,259 Bl, JP 56113009 A oder der JP 2001-152844 A. Dadurch ist es möglich, am Katalysator ein brennfähiges Gemisch bereitzustellen. Mittels mit fettem Gemisch betriebenen Zylindern wird die Verfügbarkeit von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid beim Katalysator sichergestellt. Mit den mager betriebenen Zylindern dagegen wird Sauerstoff beim Katalysator bereitgestellt. Dadurch kommt es zu einer exothermen Reaktion von Kohlenwasserstoff und Sauerstoff im Katalysator, wodurch die Katalysatoranspringzeit deutlich vermindert und somit Kraftstoffverbrauch und Emissionen minimiert werden. Nachteilig ist allerdings, dass die Laufruhe durch die Ungleichverteilung verschlechtert wird.

Aus der DD 219 587 Al ist ein Partikelsensor bekannt, der zur Ermittlung der Beladung von Verbrennungsabgasen mit unverbrannten Teilchen dient. Dabei werden als Sonde zwei Metallelektroden eingesetzt, zwischen denen das durchströmende Abgas einen Niederschlag bildet, dessen Menge und Qualität durch Messen des Widerstandes ermittelt werden soll. Anschließend werden die Elektroden geglüht, so dass der Niederschlag verdampft und die Sonde zu einer neuen Messung bereit ist.

Weiters ist aus der DE 41 42 959 Al eine Sonde für einen Partikelsensor bekannt, deren Oberfläche aus elektrisch leitendem Nichtmetall, wie etwa Fulleren besteht.

Während der Beladung eines Partikelsensors entsteht ein Spannungsabfall zwischen den Elektroden. Der Spannungsabfall ist aber nur in einem bestimmten Bereich der Messdauer proportional zur Beladung des Partikelfilters.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und die Laufruhe zu verbessern, bzw. den Effekt der Abgastemperaturerhöhung zu verstärken. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem auf möglichst einfache Weise die Beladung des Partikelfilters ermittelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis und/oder die Last jedes einzelnen aktiv betriebenen Zylinders unabhängig von den anderen Zylindern eingestellt wird, wobei vorzugsweise die Verbrennung in jedem Zylinder individuell an das eingestellte Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bzw. die eingestellte Last angepasst, vorzugsweise individuell für das eingestellte Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bzw. die eingestellte Last optimiert wird.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein zweiter Zylinder, vorzugsweise eine zweite Gruppe der Zylinder mit einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird. Dadurch, dass die Füllung zylinderselektiv angepasst wird, können Zylinder trotz des Umstandes, dass ein Teil der Zylinder fett und der Rest der Zylinder mager betrieben wird, mit der selben Last (indizierter Mitteldruck) betrieben werden. Dies erhöht entscheidend die Laufruhe. Der Füllungszustand jedes einzelnen Zylinders kann unabhängig von den anderen Zylindern gewählt werden.

Das Einstellen der Brenngeschwindigkeit erfolgt beispielsweise über die Turbulenz im Brennraum. Diese kann durch Variation der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine erfolgen, zum Beispiel durch die Variation der Schließflanke zumindest eines Einlassventils und/oder des Ventilhubes zumindest eines Einlassventils. Mit variabler Ventilsteuerung können die relevanten Parameter in weitem Bereich verändert werden. Durch Anpassung der Brenngeschwindigkeit, vorzugsweise deren Erhöhung, kann die Verbrennung Richtung spät verschoben werden, was zu einer erhöhten Abgastemperatur führt. Die Zylinder können mit der selben Last (indizierter Mitteldruck), aber unterschiedlichen Füllungen betrieben werden. Das Luftverhältnis des Abgases des Gesamtmotors kann nach Zusammenführung der Einzelzylinderabgase stöchiometrisch, leicht mager, oder aber auch leicht fett sein.

Es ist auch möglich, dass das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in allen Zylindern stöchiometrisch eingestellt wird, die Zylinder aber mit deutlich unterschiedlichen indizierten Mitteldrücke betrieben werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei zumindest einem zweiten Zylinder, vorzugsweise einer zweiten Gruppe von Zylindern die Einspritzung des Kraftstoffes vollständig abgeschaltet wird und über die Steuerzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile dieses Zylinders eine vordefinierte Sekundärluftmenge über durchgepumpte Frischluft eingestellt wird. Bei zyklustreuer Zylinderabschaltung wird das innere Moment der gefeuerten Zylinder zyklustreu näherungsweise verdoppelt, wodurch sich die Verbrennungsstabilität in den gefeuerten Zylindern deutlich verbessern und die Rohemissionen wesentlich senken lassen.

Die Erhöhung der Verbrennungsstabilität kann zu einer deutlichen Verschiebung der Verbrennung nach spät genutzt werden, die Abgastemperatur dadurch erhöht und so der Katalysator bei minimalen Rohemissionen aufgeheizt werden.

Verstärkt kann dieser Effekt werden, wenn die abgeschalteten Zylinder Frischluft zum Katalysator pumpen. Die Sekundärluftmenge, bzw. die durchgepumpte Frischluftmenge wird über die Steuerzeiten dieses Zylinders eingestellt. Die nicht abgeschalteten Zylinder können dabei mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemisch betrieben werden. Die Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur werden bevorzugt während der Warmlaufphase bis zum Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators und/oder in Phasen niedriger Motorlast zur Temperaturanhebung im Katalysator angewendet.

Um die Zylinderbelastung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Ungleichverteilung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses und/oder der Last während des Motorbetriebes zumindest einmal, vorzugsweise periodisch zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe der Zylinder vertauscht wird. Dadurch kann die Zylinderbelastung thermisch vergleichmäßigt werden und die Auskühlung eines Zylinders, der auf niedriger, bzw. Nulllast läuft, verhindert werden.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass oberhalb und/oder unterhalb einer vordefinierten Gesamtmotorlast und/oder Drehzahl die Ungleichverteilung der Last und/oder der Füllung zwischen den Zylindern deaktiviert wird.

Die Maßnahmen zur Hebung der Abgastemperatur werden bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder der Temperatur der Umgebung durchgeführt.

Die Beladung des Partikelfilters kann auf einfache Weise dadurch ermittelt werden, dass mit dem Partikelsensor zeitlich hintereinander mehrere Messungen durchgeführt werden und dass jede Messung bei Erreichen eines definierten Spannungsabfalls unterbrochen und die einzelnen Messdauern erfasst werden und nach Unterbrechen der Messung der Partikelfilter in einen elektrischen Aus-

gangszustand versetzt wird, und dass die einzelnen Messdauern zu eine Gesamtdauer addiert werden und aus der Gesamtdauer eine dem Beladungszustand des Partikelfilters proportionale Größe gebildet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Partikelfilter durch einen Abbrennvorgang der Partikel in den elektrischen Ausgangszustand versetzt wird.

Die Dauer der Messung ist dabei - unabhängig von den Betriebsparametern der Verbrennungsmaschine - direkt proportional zur Beladung des Filters in dieser Zeitspanne. Zur Erfassung der kumulativen Beladung des Partikelfilters wird bei Erreichen des definierten Spannungsabfalls der Partikelsensor elektrisch so beheizt, dass die angelagerten Partikel kurzfristig abgebrannt werden und der elektrische Zustand des Ausgangspunktes der Messung wieder hergestellt wird. Die überwachung der Abbrenndauer wird dabei über die Messung des Spannungsabfalls kontrolliert. Die Abbrennzeit ist dabei so auszulegen, dass diese möglichst klein gegenüber der Messzeit ist. Gegebenenfalls kann die Sensoroberfläche katalytisch beschichtet werden, um die Abbrennzeit und die Abbrenntemperatur klein zu halten.

Durch eine kontinuierliche Addition der Zeiten der Sammelzyklen von Partikeln am Partikelsensor während des Betriebes der Brennkraftmaschine kann mit geeigneten Algorithmen im Motorsteuergerät eine dem Beladungszustand des Filters proportionale Größe gebildet werden. Die Einleitung des Abbrennvorganges des Partikelfilters kann somit zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und ein zweiter Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters - zur On Board Diagnosis überwachung (OBD- überwachung) - angeordnet wird und dass die Zeitdauer des zweiten Partikelsensors bis zum Erreichen eines definierten Spannungsabfalls ins Verhältnis gesetzt wird zur Zeitdauer des ersten Partikelsensors bis zum Erreichen des definierten Spannungsabfalls und dass bei Abweichung dieses Verhältnisses von einer definierten Schwankungsbreite auf eine Fehlfunktion des Partikelfilters geschlossen wird. Bei normaler Funktion des Partikelfilters ist das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten in erste Näherung in etwa konstant. Bei Funktionsstörungen verschiebt sich das Verhältnis je nach Art der Störung zu kleiner oder größeren Verhältnissen.

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Messvorrichtung, welche einen ersten Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und einen zweiten Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen 4-Zylinder-Reihenmotor mit einflutigem Katalysator bei Parallelbetrieb;

Fig. 2 einen 4-Zylinder-Reihenmotor mit einflutigem Katalysator bei Zyklusbetrieb;

Fig. 3 einen 6-Zylinder-V-Motor mit doppelflutigem Katalysator für Parallelbetrieb;

Fig. 4 einen 6-Zylinder-V-Motor mit doppelflutigem Abgaskatalysator bei Zyklusbetrieb;

Fig. 5 einen 6-Zylinder-V-Motor mit einflutigem Katalysator bei Parallelbetrieb;

Fig. 6 einen 6-Zylinder-V-Motor mit einflutigem Katalysator bei zyklischem Betrieb;

Fig. 7 einen 6-Zylinder-Reihenmotor mit zweiflutigem Katalysator bei Parallelbetrieb;

Fig. 8 einen 6-Zylinder-Reihenmotor mit zweiflutigem Katalysator bei Zyklusbetrieb;

Fig. 9 einen 6-Zylinder-Reihenmotor mit einflutigem Katalysator;

Fig. 10 einen 4-Zylinder-Reihenmotor mit einflutigem Katalysator mit Zylinderabschaltung;

Fig. 11 einen 6-Zylinder-V-Motor mit einflutigem Katalysator und Zylinderabschaltung;

Fig. 12 einen Teil eines Abgasstranges;

Fig. 13 einen Partikelsensor;

Fig. 14 den Spannungsabfall während einer Partikelmessung über der Zeit aufgetragen;

Fig. 15 eine Heizeinrichtung für den Sensor;

Fig. 16 den Spannungsabfall während einer Abbrenndauer;

Fig. 17 eine erfindungsgemäße Messanordnung; und

Fig. 18 den Spannungsabfall für die in Fig. 17 dargestellten Partikelsensoren.

Die Figuren 1 bis 11 zeigen verschiedene Brennkraftmaschinen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Mit Zyklusbetrieb wird ein Betrieb bezeichnet, in welchem die Füllung und/oder Last zwischen der ersten und der zweiten Gruppe an Zylindern von einem zum anderen Motorzyklus für eine vordefinierte Anzahl von Zyklen vertauscht wird. Unter Parallelbetrieb wird ein Betrieb mit Ungleichverteilung an Füllung und/oder Last zwischen erster und zweiter Gruppe an Zylindern verstanden, bei dem kein Wechseln der Füllung oder Last zwischen den Gruppen an Zylindern vorgenommen wird.

In den Figuren sind die einzelnen Zylinder mit Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6 bezeichnet. Von den einzelnen Zylindern führen zwei Gruppen von Abgasleitungen Ll, L2 zu ein- oder zweiflutigen bzw. zu separaten Katalysatoren K.

Mit F sind fett betriebene Zylinder, mit M mager betriebene Zylinder bezeichnet.

Den in den Figuren 1 bis 9 dargestellten Anordnungen ist gemeinsam, dass ein Gruppe von Zylindern fett und eine andere Gruppe von Zylindern mager betrieben wird. Der Fettbetrieb stellt die Bereitstellung von Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid beim Katalysator K sicher. Der Magerbetrieb hingegen stellt die Bereitstellung von Sauerstoff (O 2 , O) beim Katalysator sicher.

Dadurch entsteht eine exotherme Reaktion von Kohlenwasserstoff und Sauerstoff im Katalysator, was zu einer deutlichen Verminderung der Katalysatoranspringzeit bei gleichzeitiger Minimierung des Kraftstoffverbrauches und der Emissionen führt, bzw. was verhindert, dass der Katalysator im Betrieb mit niedrigster Last zu weit abkühlt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine wird der erste und der dritte Zylinder 1, 3 fett und der zweite, sowie der vierte Zylinder 2, 4 mager betrieben. Dadurch stellt sich im Bereich des Katalysators K insgesamt ein Luftverhältnis λ κ > 0,9 ein. Die typische Zündfolge lautet 1-3-4-2. Die in Fig. 2 dargestellte Variante unterscheidet sich von dem in Fig. 1 angedeuteten Parallelbetrieb dadurch, dass die Gruppen mager betriebener Zylinder und fett betriebener Zylinder zyklisch wechseln. Bei einem ersten Zyklus I wird beispielsweise der Zylinder 1 und der Zylinder 3 fett und die Zylinder 2 und 4 mager betrieben. Im zweiten Zyklus II werden die Zylinder 1 und 3 mager, aber die Zylinder 2 und 4 fett betrieben. Auch hier stellt sich insgesamt im Bereich des Katalysators K ein Luftgemisch

λ κ > 0,9 bei jedem Zyklus ein. Das abgegebene Zylindermoment wird entsprechende Maßnahmen (Steuerzeiten) angepasst und ist für alle Zylinder gleich.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Brennkraftmaschinen mit sechs Zylindern und doppelflu- tig ausgebildeten Katalysatoren K. In Fig. 3 ist die Situation für eine 6-Zylinder- Brennkraftmaschine mit zwei Abgassträngen Ll und L2 und zwei Katalysatoren K für parallelen Betrieb dargestellt. Die Zylinder 1, 4 werden fett, die Zylinder 3, 6 mager betrieben. Die Luftzahl λ κ für die Zylinder 2, 5 setzt sich als Mittelwert der Luftzahlen λ κ der Zylinder 1, 3, bzw. 4, 5 zusammen. Mit den strich I ierten Pfeilen ist die typische Zündfolge 1-4-3-6-2-5 angedeutet. Die innere Last ist für alle Zylinder gleich. Im Bereich der Katalysatoren K ergibt sich insgesamt eine Luftzahl λ κ > 0,9.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche 6-Zylinder-V-Brennkraftmaschine wie in Fig. 3, wobei die Luftzahlen der Zylinder 1, 3 einerseits, sowie 4, 6 andererseits zyklisch gewechselt werden. Dies bedeutet, dass in einem ersten Zyklus I die Zylinder 1, 4 fett, die Zylinder 3, 6 mager betrieben werden. In einem zweiten Zyklus II werden die Füllungen zwischen den Zylindern 1, 4 und 3, 6 vertauscht, so dass die Zylinder 1, 4 mager und die Zylinder 3, 6 fett betrieben werden. Im nächsten Zyklus entspricht die Ungleichverteilung wieder der Situation des ersten Zyklus I. Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis der Zylinder 2, 5 setzt sich wieder als Mittelwert der Kraftstoff/Luftverhältnisse der Zylinder 1, 3, bzw. 4, 6 zusammen. Auch hier ergibt sich im Bereich des doppelflutigen Katalysators K eine Gesamtluftzahl λ κ > 0,9.

Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen 6-Zylinder-V-Brennkraftmaschinen, wobei die beiden Abgasstränge Ll, L2 in einen einflutigen Katalysator münden. Fig. 5 zeigt die Situation für Parallelbetrieb. Die Zylinder 1, 2 und 3 werden fett, die Zylinder 4, 5 und 6 mager betrieben. Mit strichlierten Linien ist die typische Zündfolge 1-4- 3-6-2-5 angedeutet. Im Bereich des Katalysators ergibt sich wieder in Summe eine Luftzahl λ« > 0,9.

Fig. 6 zeigt die in Fig. 5 dargestellten Brennkraftmaschine mit zyklischem Betrieb. In einem ersten Zyklus I werden die Zylinder 1, 2 und 3 fett und die Zylinder 4, 5 und 6 mager betrieben. In einem zweiten Zyklus II werden die Zylinder 1, 2 und 3 mager und die Zylinder 4, 5 und 6 fett betrieben. Wieder ergibt sich im Bereich des Katalysators K eine Gesamtluftzahl λ κ von mindestens 0,9.

Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen 6-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschinen mit zwei Abgassträngen Ll und L2 und zweiflutigen Katalysatoren K. Beim in Fig. 7 dargestellten parallelen Betrieb werden die Zylinder 1, 4 fett, die Zylinder 2, 6 mager betrieben. Die Kraftstoff/Luft- Verhältnisse für die Zylinder 3, 5 ergeben sich als

Mittelwerte der Kraftstoff/Luft-Verhältnisse der Zylinder 2, 4, bzw. 4, 6. Die Zündreihenfolge kann beispielsweise 1-4-2-6-3-5 lauten. Im Bereich des Katalysators K ergibt sich eine Gesamtluftzahl λ κ von mindestens 0,9.

Fig. 8 zeigt die Situation für zyklischen Betrieb. In einem ersten Zyklus I werden die Zylinder 1, 4 fett, die Zylinder 2, 6 mager betrieben. Im zweiten Zyklus II werden die Zylinder 1, 4 mager, die Zylinder 2, 6 fett betrieben. Die Kraftstoff/ Luft-Verhältnisse für die Zylinder 3, 6 ergeben sich als Mittelwerte der Kraftstoff/ Luft-Verhältnisse der Zylinder 2, 4, bzw. 4 und 6. Im Bereich der Katalysatoren K ergibt sich für jeden Zyklus I, II eine Gesamtluftzahl λ κ von mindestens 0,9.

Fig. 9 zeigt die Situation für eine 6-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine mit einflutigem Katalysator K. Im Parallelbetrieb wird die Hälfte der Zylinder, beispielsweise der Zylinder 1, 3 fett, die anderen Hälfte der Zylinder, beispielsweise 4, 5 und 6 mager betrieben. Wird die Brennkraftmaschine zyklisch betrieben, so werden jeweils drei Zylinder abwechselnd fett und mager betrieben. Beispielsweise werden die Zylinder 1, 2 und 3 in einem ersten Zyklus I fett, die Zylinder 4, 5 und 6 mager betrieben. In einem zweiten Zyklus II hingegen werden die Zylinder 1 bis 3 mager und die Zylinder 4 bis 6 fett betrieben.

Nach dem gleichen Muster kann auch ein 8-Zylinder-Motor parallel oder zyklisch betrieben werden. Grundbedingung ist, dass für den jeweiligen Katalysator K in Zündreihenfolge abwechselnd mageres und fettes Gemisch zugeführt wird. Das resultierende Gemisch am Katalysator stellt dann den gewünschten Mittelwert ein.

Die Fig. 10 und Fig. 11 zeigen Brennkraftmaschinen, bei denen eine Gruppe der Zylinder fett betrieben wird und eine andere Gruppe der Zylinder abgeschaltet wird. Die abgeschalteten Zylinder sind mit Bezugszeichen A bezeichnet.

Mit vollvariablem, hochflexiblen Ventiltriebssystemen ist es möglich, zyklustreue Zylinderabschaltvorgänge beim Motorstart vorzunehmen. Durch die Zylinderabschaltung wird bei gleichem Wechselmoment das innere Moment der gefeuerten Zylinder näherungsweise verdoppelt, wodurch sich die Verbrennungsstabilität deutlich verbessert und die Rohemissionen deutlich sinken. Die Erhöhnung der Verbrennungsstabilität kann zu einer deutlichen Verschiebung der Verbrennung nach spät benutzt werden und so der Katalysator K bei minimalen Rohemissionen aufgeheizt werden.

Verstärkt kann dieser Effekt werden, wenn die abgeschalteten Zylinder Frischluft zu dem Katalysator K pumpen, während die gefeuerten Zylinder durch fetten Motorbetrieb den Kraftstoff in Form von HC- und CO-Emissionen zum Katalysator K transportieren.

Die Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit einem einflutigen Katalysator K. Die Zylinder 1 bis 4 münden in einen einzigen Abgasstrang Ll, der zu dem Katalysator K führt. Hier wird eine Gruppe der Zylinder, nämlich die Zylinder 1, 3, fett betrieben und die Zylinder 2, 4 abgeschaltet, was mit Bezugszeichen A angedeutet ist.

Fig. 11 zeigt einen 6-Zylinder-V-Brennkraftmaschine mit einem einflutigen Katalysator K. Eine mögliche Strategie ist, die Zylinder 1, 2 und 3 fett zu betreiben und die Zylinder 4, 5 und 6 abzuschalten.

Fig. 12 zeigt schematisch einen Abgasstrang 101 mit einem Partikelfilter 102, wobei stromaufwärts des Partikelfilters 102 ein erster Partikelsensor 103 angeordnet ist.

Fig. 13 zeigt das Sensorprinzip des ersten Partikelsensors 103. Das Sensorprinzip stützt sich auf die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit von Rußpartikeln. Prinzipiell wird eine nichtleitende Oberfläche 104 im Abgasrohr 105 vor dem Partikelfilter 102 dem mit Rußpartikeln durchsetzten Abgasstrom so ausgesetzt, dass die Oberfläche 104 durch Position und Formgebung Partikel anlagert. Diese Sammelanordnung wird mit Gleichstrom U Mess beaufschlagt. Der in Fig. 14 dargestellte Spannungsabfall δU über der Oberfläche 104 wird als Messsignal zur Auswertung des Beladungszustandes der Oberfläche 104 des ersten Sensors 103 herangezogen. Unbeladen ist der Spannungsabfall δU Null, mit zunehmender Beladung strebt der Spannungsabfall δU asymptotisch einem Grenzwert zu. Die Zeitspanne zwischen T 0 und Ti ist dabei - unabhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine - direkt proportional zur Beladung des Partikelfilters 102 in dieser Zeitspanne δT. Zur Erfassung der kumulativen Beladung des Partikelfilters 102 wird bei Erreichen des Spannungsabfalls δUi bei T 1 die Oberfläche 104 des ersten Sensors 103 elektrisch so beheizt, dass die angelagerten Partikel kurzfristig abgebrannt werden und der elektrische Zustand von T 0 wieder hergestellt wird. Die überwachung der Abbrenndauer δT 1 erfolgt über die Messung des Spannungsabfalls δU, wie in Fig. 16 dargestellt ist. Die Abbrennzeit ist so auszulegen, dass diese klein gegenüber der Messzeit δT ist. Gegebenenfalls kann die Sensoroberfläche 104 katalytisch beschichtet werden, um die Abbrennzeit δT 1 und Abbrenntemperatur klein zu halten.

In Fig. 15 ist schematisch die Beheizung des Sensors 103, beispielsweise durch ein PTC-Heizelement 106 und/oder durch ein elektrisches Heizelement 107 dargestellt. Zusätzlich wird Wärme Q 3 durch das Abgas hinzugeführt. Während des Abbrennens liegt die Messspannung U MeSs an der Oberfläche 104 des Sensors 103 an, um den Abbrennvorgang zu überwachen.

Die Summe aller Beladungszeitspannen δT des ersten Sensors 103 ist proportio- nal zur Beladung des Partikelfilters 102: Beladung ~ ∑AT] , wobei n die Anzahl

der Einzelmessungen ist. Durch eine kontinuierliche Addition der Zeiten δT der Sammelzyklen von Partikeln am Sensor 103 während des Betriebes der Brennkraftmaschine kann somit mit geeigneten Algorithmen im Motorsteuergerät eine dem Beladungszustand des Partikelfilters 102 proportionale Größe gebildet werden. Die Einleitung des Abbrennvorganges des Partikelfilters 102 kann somit zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden.

Zur Ermittlung des Abscheidegrades kann stromabwärts des Partikelfilters 102 ein zweiter Partikelsensor 103a eingesetzt werden. Die Ermittlung des Abschei-

δγ degrades ~ — - wird dabei durch das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten δT 2

δT; nach dem Partikelfilter 102 zu δTi vor dem Partikelfilter 102 bestimmt. Bei normaler Funktion des Partikelfilters 102 ist das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten in erster Näherung konstant. Bei Funktionsstörungen verschiebt sich das Verhältnis je nach Art der Störung zu kleineren oder größeren Verhältnissen.

In Fig. 18 ist der Spannungsabfall δUi und die entsprechende Zeitkonstante δTi des ersten Partikelsensors 103 und der Spannungsabfall δU 2 , sowie die entsprechende Zeitkonstante δT 2 des zweiten Partikelsensors 103a schematisch dargestellt.