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DE102015207595B3 - Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Verbrennungsmotors und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Verbrennungsmotors und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Download PDF

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DE102015207595B3
DE102015207595B3 DE102015207595.8A DE102015207595A DE102015207595B3 DE 102015207595 B3 DE102015207595 B3 DE 102015207595B3 DE 102015207595 A DE102015207595 A DE 102015207595A DE 102015207595 B3 DE102015207595 B3 DE 102015207595B3
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DE
Germany
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cylinder
exhaust
fresh gas
inactive
combustion engine
Prior art date
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Active
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DE102015207595.8A
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Inventor
Frederik De Smet
Christian Winge Vigild
Daniel Roettger
Matthew Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators (9) eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) aufweisend zumindest einen während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) abschaltbaren Zylinder (2) aufweisend die Schritte: Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators (9) mit Abgas (10) aus dem zumindest einen nicht abgeschalteten, d. h. aktiven Zylinder (3), Betreiben des zumindest einen aktiven Zylinders (3) des Verbrennungsmotors (1) derart, dass eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erfolgen kann, wobei während der Dauer der Zylinderabschaltung des zumindest einen abschaltbaren Zylinders (2) zumindest ein Einlassventil (6) und zumindest ein Auslassventil (7) des inaktiven Zylinders (2) zumindest teilweise geöffnet gehalten werden, Durchströmen des inaktiven Zylinders (2) mit Frischgas, Rückführung von den inaktiven Zylinder (2) auslassseitig verlassenden Frischgas zur Einlassseite (4) des Verbrennungsmotors (1), wobei eine Beimengung zumindest eines ersten Teils des zurückzuführenden Frischgases zum Frischgas (20) der Einlassseite des zumindest einen inaktiven Zylinders (2) und/oder des oder der aktiven Zylinder (3) erfolgt und eine Zudosierung zumindest eines zweiten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Abgas (10) des zumindest einen aktiven Zylinders (3) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Aus der US 6,904,752 B2 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators für einen Verbrennungsmotor, der eine Zylinderabschaltung aufweist, bekannt. Hierbei werden zum Erreichen einer angereicherten oder fetten Abgaszusammensetzung zum Zwecke der Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators die aktivierten Zylinder mit einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch betrieben. Dies sorgt zum einen für eine erhöhte Abgastemperatur und stellt zum anderen in ausreichender Menge Reaktionspartner für die im NOx-Speicherkatalysator gebundenen Stickoxide bereit.
  • Aus der US 2003/0188527 A1 ist ein Motorsteuerungssystem bekannt, mit dem ein Mehrzylinderverbrennungsmotor betrieben werden kann. Dabei ist vorgesehen, einen Teil der Zylinder abschaltbar zu gestalten und in bestimmten Betriebssituationen den Verbrennungsmotor mit einer verminderten Zahl an aktiven Zylindern zu betreiben. Dabei werden zum Zwecke der Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators Betriebsparameter der aktiven Zylinder derart beeinflusst, dass der NOx-Speicherkatalysator in einen für eine Regeneration geeigneten Zustand versetzt wird.
  • Aus der US 2014/0026872 A1 ist ein Verbrennungsmotor und ein Betriebsverfahren des Verbrennungsmotors bekannt, bei dem einige Zylinder des Verbrennungsmotors bei Bedarf abgeschaltet werden können und der Motor während der Abschaltung mit einer verbleibenden Anzahl von aktiven Zylindern weiterbetrieben wird. Eine Steuerung von Einlass- und Auslaßventilen der abgeschalteten Zylinder erfolgt dabei derart, dass Abgas der aktiven Zylinder über einen gemeinsamen Abgassammler in entgegengesetzter Richtung von der Auslassseite der abgeschalteten Zylinder hin zur Einlassseite der abgeschalteten Zylinder strömen kann. Im Bereich eines gemeinsamen Ansaugkastens kann sich dann das die abgeschalteten Zylinder entgegengesetzt durchströmende Abgas mit dem Frischgas für die aktiven Zylinder vermischen. Somit erfolgt faktisch eine Abgasrückführung durch die abgeschalteten Zylinder.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem NOx-Speicherkatalysatoren von Magermotoren im realen Alltagsbetrieb effizient regeneriert werden können. Zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators eines Magermotors ist es notwendig, ein fettes Gemisch mit einem Überschuss an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zum NOx-Speicherkatalysator zu leiten. Dabei soll insbesondere eine effiziente Regeneration bei geringen Lasten ermöglicht werden. Des Weiteren soll das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment während der Übergangsphase von einem Magerbetrieb zu einem Fett-Betrieb zum Zwecke der Regeneration gut steuerbar handhabbar sein. Des Weiteren soll auch während der Regenerationsphase und zur Vorbereitung der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators eine möglichst hohe Effizienz des Verbrennungsmotors erreicht werden. Des Weiteren soll ein für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderliches Zeitfenster möglichst kurz gehalten werden, was es erforderlich macht, die Oxidationsreaktion zum Entfernen der Stickoxide aus dem NOx-Speicherkatalysator möglichst schnell ablaufen lassen zu können.
  • Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Des Weiteren werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den vom Anspruch 11 abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Mehrzylinder-Verbrennungsmotors aufweisend zumindest einen während des Betriebs des Verbrennungsmotors abschaltbaren Zylinder mit den Schritten:
    • – Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators mit Abgas aus dem zumindest einen nicht abgeschalteten, das heißt aktiven Zylinder;
    • – Betreiben des zumindest einen aktiven Zylinders des Verbrennungsmotors derart, dass eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erfolgen kann, wobei
    • – während der Dauer der Zylinderabschaltung des zumindest einen abschaltbaren Zylinders zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil des inaktiven Zylinders zumindest teilweise geöffnet gehalten werden, ist erfindungsgemäß weitergebildet dadurch, dass
    • – ein Durchströmen des inaktiven Zylinders mit Frischgas und
    • – eine Rückführung von den inaktiven Zylinder auslassseitig verlassenden Frischgas zur Einlassseite des Verbrennungsmotors erfolgt, wobei
    • – eine Beimengung zumindest eines ersten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Frischgas der Einlassseite des zumindest einen inaktiven Zylinders und/oder des oder der aktiven Zylinder erfolgt und
    • – eine Zudosierung zumindest eines zweiten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Abgas des zumindest einen aktiven Zylinders erfolgt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Abgasstrom durch den NOx-Speicherkatalysator um den Anteil des zurückgeführten Frischgases vermindert. Durch diese Verminderung des Volumenstroms/Massenstroms durch den NOx-Speicherkatalysator ist die Verweildauer der Abgasbestandteile des übrigen Abgases der aktiven/verbrennenden Zylinder im NOx-Speicherkatalysator verlängert, sodass die im NOx-Speicherkatalysator stattfindenden Reaktionen mehr Zeit zur Verfügung haben, abzulaufen. Eine solche verminderte Raumgeschwindigkeit (space velocity) verbessert die Effizienz der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators mit fettem Abgas.
  • Des Weiteren erfolgt durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduzierung der Menge an nichtverbranntem Gas im Abgasstrang, das heißt an Frischgas, welches den oder die inaktiven Zylinder verlässt. Hierdurch wird die Konzentration der Abgasbestandteile, die für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderlich sind, erhöht. Mit höheren Konzentrationen dieser Abgasbestandteile steigt auch die chemische Reaktionsfähigkeit, was insgesamt eine Erhöhung der Effizienz der Regeneration des NOx-Speicherkatalysators bewirkt.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß hauptsächlich ein Abgasstrom der aktiven Zylinder durch den NOx-Speicherkatalysator erfolgt, ist die Temperatur dieser Abgase im NOx-Speicherkatalysator höher, da dieser Volumenstrom/Massenstrom nicht durch nicht verbrannte Gase aus inaktiven Zylindern verdünnt und somit gekühlt wird. Aufgrund dieser unerwünschten Kühlung durch die nicht verbrannten Abgase aus den inaktiven Zylindern ist im Stand der Technik oftmals bei geringen Lasten des Verbrennungsmotors die Temperatur des den NOx-Speicherkatalysator durchströmenden Abgases zu gering, um eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu bewerkstelligen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, auch bei niedrigen Motorlasten eine ausreichend hohe Abgastemperatur zu erreichen, sodass auch bei niedrigen Lasten des Verbrennungsmotors eine wirksame Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ermöglicht wird.
  • Des Weiteren kann beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die Zylinderabschaltung ein Betrieb der verbleibenden aktiven Zylinder bei einer höheren Last erfolgen, was üblicherweise mit einem fetteren Gemisch bewerkstelligt wird. Da bereits bei geringerer Motorgesamtlast einzelne Zylinder mit höherer Last betrieben werden, ist der zusätzliche Kraftstoffaufwand, um ein fettes Abgas, welches zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators geeignet ist, zu erreichen, vermindert. Eine solche zusätzliche Kraftstoffmenge wird üblicherweise im Stand der Technik nach dem Verbrennungsmotor in den Abgasstrom mittels einer zusätzlichen Einspritzeinrichtung dem Abgas zugeführt. Hierauf kann beim erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet werden bzw. es kann eine deutlich geringere Menge an nacheinzuspritzendem Kraftstoff ausreichen, um eine effektive Regeneration des NOx-Speicherkatalysators zu erreichen. Dies erhöht insgesamt die Effizienz des Verbrennungsmotors.
  • Des Weiteren ist es im Stand der Technik oftmals problematisch, eine gut kontrollier- oder genau steuerbare Abgaszusammensetzung für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators mittels Nacheinspritzung zu Verfügung zu stellen. Da zur Einstellung der Abgaszusammensetzung beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Nacheinspritzung nicht mehr erforderlich ist oder nur im Wesentlich geringerem Maße zum Einsatz kommen muss, ist die Abgaszusammensetzung im Wesentlichen durch das den Motor, das heißt die aktiven Zylinder, verlassenden Abgases vorgegeben, was wesentlich einfacher und genauer zu steuern und einzustellen ist.
  • Des Weiteren gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in einfacherer Art und Weise die Zusammensetzung des für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderlichen fetten Abgases während der Regenerationsphase besser aufrechtzuerhalten.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass durch die Möglichkeit einer Zudosierung zumindest eines zweiten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Abgas des zumindest einen aktiven Zylinders die Flexibilität zur Einstellung und zur Optimierung der Abgastemperatur und des Volumenstroms durch den NOx-Speicherkatalysator während einer Regenerationsphase des NOx-Speicherkatalysators und deren Optimierung in diesem Zeitraum erhöht ist.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird der zumindest zweite Teil des den zumindest einen inaktiven Zylinder verlassenden Frischgases aus einer Rückführleitung dem Abgas der aktiven Zylinder in Strömungsrichtung des Abgases vor dem NOx-Speicherkatalysator zudosiert. Mit dieser Maßnahme gelingt es, dem NOx-Speicherkatalysator bereits eingangsseitig eine optimierte Mischung aus Abgas aus den aktiven Zylindern und Frischgas, welches die inaktiven Zylinder verlässt, bereitzustellen. Zweckmäßiger Weise erfolgt eine solche Zudosierung in ausreichendem Abstand vor dem NOx-Speicherkatalysator, um eine ausreichende Vermengung der Abgase aus den aktiven Zylindern mit dem die inaktiven Zylinder verlassenden Frischgas, sicherzustellen.
  • In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Frischgas vor einer Turbine eines Turboladers dem Abgas der aktiven Zylinder zudosiert. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass beide Abgaskomponenten die Turbine des Turboladers zusammen durchströmen, sodass eine gute Vermischung erreicht wird. Zum anderen ist die Kontrollierbarkeit der Abgaseigenschaften der Abgaszusammensetzung, die schlussendlich den NOx-Speicherkatalysator durchströmt, leichter beeinflussbar oder regelbar, wenn bereits im „heißen“ Abgasstrang vor der Turboladerturbine eine Zudosierung des Frischgases erfolgt.
  • Um eine für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ausreichend fette Abgaszusammensetzung bereitstellen zu können, empfiehlt es sich, zumindest während des erfindungsgemäßen Verfahrens die verbleibenden aktiven Zylinder mit fettem Gemisch, insbesondere mit einem Gemisch mit λ < 1 zu betreiben.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Aufführungsform der Erfindung wird das rückgeführte Frischgas aus den inaktiven Zylindern, welches dem Verbrennungsmotor einlassseitig wieder zugeführt wird, gekühlt. Dies kann insbesondere erforderlich sein, wenn beispielsweise einlassseitig Ansaugkrümmer oder Ansauggeweihe vorhanden sind, die hohe Gastemperaturen nicht ertragen können. Des Weiteren wird verhindert, dass das dem Verbrennungsmotor zugeführte Frischgas in unerwünschter Art und Weise erwärmt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mit fallender Last oder mit fallender Drehzahl des Verbrennungsmotors eine höhere Anzahl von Zylindern abgeschaltet. Dies hat zur Folge, dass zur Aufrechterhaltung des momentanen Fahrerwunsches oder der momentanen Belastung des Verbrennungsmotors die restlichen, aktiven Zylinder mit höherer Last und somit fetterem Gemisch betrieben werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird Frischgas und Abgas oder inaktive Zylinder verlassendes Frischgas der abschaltbaren Zylinder und der nicht abschaltbaren Zylinder zumindest außerhalb des Verbrennungsmotors zumindest streckenweise getrennt voneinander geführt. Diese Trennung der Gasströme ermöglicht es, beispielsweise dass die inaktiven Zylinder verlassende Frischgas motoreinlassseitig ausschließlich den inaktiven Zylindern zuzuführen oder wahlweise, gegebenenfalls mittels eines entsprechenden Dosierventils, auch dem Frischgas der aktiven Zylinder zuzumischen.
  • Vorteilhafter Weise erfolgt die Zudosierung von dem, zumindest einen inaktiven Zylinder auslassseitig verlassenden Frischgas zum Abgas der aktiven Zylinder mittels zumindest einer Ventileinrichtung z. B. einem Abzweigventil aus der Rückführleitung in den Abgasstrang.
  • Beispielsweise kann die Zudosierung kontinuierlich mit vorgegebenem Volumen- oder Massenstrom erfolgen. Gleichwohl kann die Zudosierung auch mittels eines nicht regelbaren Ventils durch Taktung der Ventilstellungen „offen“ und „geschlossen“ erfolgen.
  • Zweckmäßiger Weise kann die Zudosierung derart gesteuert und/oder geregelt erfolgen, dass zumindest für einen für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators notwendigen Zeitraum Betriebsparameter, die für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erforderlich sind, konstant oder nahezu konstant gehalten werden. Derartige Betriebsparameter sind beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas, welches den NOx-Speicherkatalysator durchströmt. Andere Betriebsparameter können die Abgastemperatur und der Volumenstrom/Massenstrom durch den NOx-Speicherkatalysator sein.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor vorhanden, der zumindest einen abschaltbaren Zylinder aufweist, wobei der abschaltbare Zylinder einen Einlasskrümmer und einen Auslasskrümmer besitzt. Der Einlasskrümmer und der Auslasskrümmer stehen über eine Rückführleitung fluidisch in Verbindung, wobei die Rückführleitung zumindest in abgeschaltetem, das heißt im inaktiven Zustand des abschaltbaren Zylinders von Frischgas, welches den abschaltbaren Zylinder durchströmt, durchströmbar ist. Erfindungsgemäß ist die Rückführleitung über eine Zudosierleitung mit einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors verbunden, in dem der zu regenerierende NOx-Speicherkatalysator sitzt.
  • Zweckmäßiger Weise ist eine Ventileinrichtung vorhanden, mittels der Frischgas, welches den oder die im aktiven Zylinder verlässt, dem Abgasstrom aus den aktiven Zylindern zudosierbar.
  • Die Ventileinrichtung kann dabei ein stufenlos einstellbares Regelventil sein, mit dem ein beliebiger Anteil zwischen 0 und 100 % des den zumindest einen inaktiven Zylinder verlassenden Frischgas dem Abgasstrom aus den aktiven Zylindern in Strömungsrichtung vor dem NOx-Speicherkatalysator zudosierbar ist.
  • Um im Bedarfsfall eine Trennung der zu führenden Gasströme bereitzustellen, besitzen zweckmäßiger Weise abschaltbare und nicht abschaltbare Zylinder jeweils gemeinsame Anlasskrümmer und/oder Abgaskrümmer, die voneinander getrennt sind.
  • Um eine weitere Erhöhung der Flexibilität der Abgaszusammensetzung, die dem NOx-Speicherkatalysator zur Verfügung gestellt wird, zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, jedem abschaltbaren Zylinder getrennt von anderen abschaltbaren Zylindern eine Rückführleitung von dessen Auslasskrümmer zu dessen Einlasskrümmer zuzuordnen, wobei in zumindest einer der Rückführleitungen von abschaltbaren Zylindern die Ventileinrichtung angeordnet ist, mittels der eine Zudosierung von den abschaltbaren Zylinder verlassenden Frischgas zum Abgas der aktiven Zylinder möglich ist.
  • Im Falle mehrerer Rückführleitungen kann es zweckmäßig sein, über separat ansteuerbare oder separat regelbare Ventileinrichtungen unterschiedliche Gasströme aus den inaktiven Zylindern dem Abgasstrang oder dem Abgas aus den aktiven Zylindern beizumengen.
  • Zur Ausgestaltung der Ventileinrichtung kann ein Schaltventil vorgesehen sein, mit dem Frischgas aus den inaktiven Zylindern in den Abgasstrang oder in den Einlassstrang zuführbar ist.
  • Sofern es erforderlich ist, kann in der zumindest einen Rückführleitung ein Kühler zum Kühlen des rückgeführten Frischgases vorgesehen sein.
  • Des Weiteren weist die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zweckmäßiger Weise eine Steuerungseinrichtung auf, mittels der die Zudosierung von den zumindest einen inaktiven Zylinder verlassenen Frischgas zum Abgas der aktiven Zylinder über die Ventileinrichtung steuerbar und/oder regelbar ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform;
  • 2: schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform;
  • Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 1 gezeigt.
  • Ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 1, im Ausführungsbeispiel ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor, besitzt zumindest einen, im Ausführungsbeispiel zwei abschaltbare Zylinder 2 und zumindest einen, im Ausführungsbeispiel zwei aktive Zylinder 3. Der Verbrennungsmotor 1 besitzt eine Einlassseite 4 und eine Auslassseite 5. Jeder Zylinder 2, 3 besitzt in üblicher Art und Weise zumindest ein Einlassventil 6 und zumindest ein Auslassventil 7. Auslassseitig besitzt der Verbrennungsmotor 1 einen Abgasstrang 8, in dem ein NOx-Speicherkatalysator 9, von Abgas 10 durchströmbar sitzt. Stromaufwärts vom NOx-Speicherkatalysator ist ein Turbolader 11 mit einer Turbine 11a und einem Verdichter 11b angeordnet.
  • Einlassseitig besitzen die aktiven Zylinder 3 einen gemeinsamen ersten Einlasskrümmer 12. Die abschaltbaren Zylinder 2 besitzen einen gemeinsamen zweiten Einlasskrümmer 13. Beide Einlasskrümmer 12, 13 stehen mit einer Frischgaszuführleitung 14 in Verbindung. Stromaufwärts sitzt in der Frischgaszuführleitung 14 der Verdichter 11b des Turboladers 11. Auslassseitig besitzen die aktiven Zylinder 3 einen gemeinsamen ersten Abgaskrümmer 15. Abgasseitig besitzen die abschaltbaren Zylinder 2 einen gemeinsamen zweiten Abgaskrümmer 16. Der zweite Abgaskrümmer 16 ist über eine Rückführleitung 17 mit dem zweiten Einlasskrümmer 13 der abschaltbaren Zylinder 2 verbunden. In der Rückführleitung 17 sitzt eine Ventileinrichtung 18, die beispielsweise als Schaltventil oder als Dosierventil ausgebildet sein kann. Die Ventileinrichtung 18 ist über eine Zudosierleitung 19 mit dem Abgasstrang 8 des Verbrennungsmotors 1 verbunden. Zudem besitzt der Verbrennungsmotor 1 geeignete Einrichtungen (nicht gezeigt), um die Einlassventile 4 und die Auslassventile 5 der abschaltbaren Zylinder 2 während eines Zeitraums, während dem die abschaltbaren Zylinder 2 abgeschaltet sind, zumindest teilweise geöffnet zu halten, sodass die abschaltbaren Zylinder 2 während der Dauer ihrer Abschaltung von Frischgas 20 durchströmbar sind. Frischgas 20 liegt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Frischgaszuführleitung 14 mit einem Überdruck, erzeugt durch den Verdichter 11b, vor, sodass eine Durchströmung der abgeschalteten Zylinder 2 mit Frischgas 20 auch dann möglich ist, wenn sowohl deren Einlassventile 6 als auch deren Auslassventile 7 zeitgleich geöffnet sind.
  • Einlassseitig wird dem Verbrennungsmotor 1 Frischgas 20, vorverdichtet durch den Verdichter 11b, zur Verfügung gestellt. Das Frischgas 20 kann die abschaltbaren Zylinder 2 während der Dauer ihrer Abschaltung durch die geöffneten Einlassventile 6 und 7 der abschaltbaren Zylinder 2 durchströmen und gelangt unverbrannt in den zweiten Abgaskrümmer 16 der abschaltbaren Zylinder 2. Der zweite Abgaskrümmer 16 steht mit der Rückführleitung 17 in Verbindung, sodass Frischgas 20, welches die abgeschalteten Zylinder 2 auslassseitig verlässt, über die Rückführleitung 17 als Rückführstrom 21 zum zweiten Einlasskrümmer 13 der abschaltbaren Zylinder 2 leitbar ist. Mittels der Ventileinrichtung 18 kann ein Teil des Rückführstroms 21 dem Abgasstrang 8 dosiert zugeleitet werden. Dieser Teil des Rückführstroms 21 sei als Zudosierstrom 22 bezeichnet. Aus den aktiven Zylindern 3 strömendes verbranntes Abgas, im folgenden Abgasstrom 23 genannt, wird ebenfalls dem Abgasstrang 8 zugeleitet. Im Abgasstrang 8 vereinigen sich somit der Abgasstrom 23 und der Zudosierstrom 22 zum Abgas 10. Das Abgas 10 gelangt durch die Turbine 11a des Turboladers 11 und wird entspannt und abgekühlt, bevor es in den NOx-Speicherkatalysator 9 gelangt. Mittels geeigneter Sensoren, beispielsweise einer λ-Sonde 24 kann die Sauerstoffkonzentration und somit die Abgaszusammensetzung des Abgases 10 ermittelt werden. Zweckmäßiger Weise verfügt der NOx-Speicherkatalysator 9 über einen Temperatursensor 25, mit dem eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 9 oder alternativ oder zusätzlich eine Temperatur des den NOx-Speicherkatalysator 9 durchströmenden Abgases 10 ermittelt werden kann. Eine Steuerungseinrichtung 30 bestimmt beispielsweise anhand der Messwerte der λ-Sonde 24 und des Temperatursensors 25 geeignete Werte für die Stärke des Zudosierstroms 22 und steuert die Ventileinrichtung 18 derart an, dass der Zudosierstrom 22 derart bemessen ist, dass optimale Bedingungen zur Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 9 erreicht werden.
  • 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Betriebszustand, in dem abschaltbare Zylinder 2 abgeschaltet, das heißt inaktiv, sind.
  • In einem solchen Zustand wird Frischgas, welches die abgeschalteten Zylinder 2 verlässt, über die Rückführleitung 17 dem zweiten Einlasskrümmer 13 der abschaltbaren Zylinder 2 zugeführt. Wenn sich die abschaltbaren Zylinder 2 nicht im abgeschalteten Zustand, sondern im aktiven Zustand befinden, gelangt in den zweiten Abgaskrümmer 16 der abschaltbaren Zylinder 2 verbranntes Abgas aus den aktiven abschaltbaren Zylindern 2. Dieses Abgas wird zweckmäßiger Weise so wie der Abgasstrom 23 der aktiven Zylinder 3 ohne Rückführung zur Einlassseite 4 direkt dem Abgas 10 zugeleitet. Für den Fall, dass eine Hochdruckabgasrückführung erwünscht ist, kann die Rückführleitung 17 und die Ventileinrichtung 18 als Abgasrückführungseinrichtung für verbranntes Abgas aus den abschaltbaren aber nicht abgeschalteten Zylindern 2 fungieren.
  • Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 dargestellt. Sie ist hinsichtlich ihres Aufbaus identisch zur Ausführungsform gemäß 1 ausgebildet. Insoweit werden für gleiche Bestandteile auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Ausführungen, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß 1 gemacht wurden, gelten vollinhaltlich auch für die Ausführungsform gemäß 2. Ergänzend zur Ausführungsform gemäß 1 ist in der Ausführungsform gemäß 2 in der Rückführleitung 17 eine Kühleinrichtung 40 angeordnet, mit der der Rückführstrom 21 bei Bedarf gekühlt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    abschaltbarer Zylinder
    3
    aktiver Zylinder
    4
    Einlassseite
    5
    Auslassseite
    6
    Einlassventil
    7
    Auslassventil
    8
    Abgasstrang
    9
    NOx-Speicherkatalysator
    10
    Abgas
    11
    Turbolader
    11a
    Turbine
    11b
    Verdichter
    12
    1. Einlasskrümmer
    13
    2. Einlasskrümmer
    14
    Frischgaszuführleitung
    15
    1. Abgaskrümmer
    16
    2. Abgaskrümmer
    17
    Rückführstrom
    18
    Ventileinrichtung
    19
    Zudosierleitung
    20
    Frischgas
    21
    Rückführleitung
    22
    Zudosierstrom
    23
    Abgasstrom
    24
    λ-Sonde
    25
    Temperatursensor
    30
    Steuerungseinrichtung
    40
    Kühleinrichtung

Claims (20)

  1. Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators (9) eines eine Zylinderabschaltung aufweisenden Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) aufweisend zumindest einen während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) abschaltbaren Zylinder (2) aufweisend die Schritte: – Durchströmen des NOx-Speicherkatalysators (9) mit Abgas (10) aus dem zumindest einen nicht abgeschalteten, d. h. aktiven Zylinder (3), – Betreiben des zumindest einen aktiven Zylinders (3) des Verbrennungsmotors (1) derart, dass eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (9) erfolgen kann, wobei – während der Dauer der Zylinderabschaltung des zumindest einen abschaltbaren Zylinders (2) zumindest ein Einlassventil (6) und zumindest ein Auslassventil (7) des inaktiven Zylinders (2) zumindest teilweise geöffnet gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Durchströmen des inaktiven Zylinders (2) mit Frischgas (20) und – eine Rückführung von den inaktiven Zylinder (2) auslassseitig verlassenden Frischgas zur Einlassseite (4) des Verbrennungsmotors (1) erfolgt, – eine Beimengung zumindest eines ersten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Frischgas (20) der Einlassseite (4) des zumindest einen inaktiven Zylinders (2) und/oder des oder der aktiven Zylinder (3) erfolgt und – eine Zudosierung zumindest eines zweiten Teils des zurückführbaren Frischgases zum Abgas (10) des zumindest einen aktiven Zylinders (3) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest zweite Teil des den zumindest einen inaktiven Zylinder (2) verlassenden Frischgases aus einer Rückführleitung (21) dem Abgas in Strömungsrichtung des Abgases (10) vor dem NOx-Speicherkatalysator (9) zudosiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zudosierte Frischgas vor einer Turbine (11a) eines Turboladers (11) zudosiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben der verbleibenden aktiven Zylinder (3) mit fettem Gemisch erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Frischgas, welches die inaktiven Zylinder (2) verlässt, gekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit fallender Last oder Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) eine höhere Anzahl von Zylindern (2) abgeschaltet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Frischgas (20) und Abgas (10) oder inaktive Zylinder (2) verlassendes Frischgas der abschaltbaren Zylinder (2) und der nicht abschaltbaren Zylinder (3) zumindest außerhalb des Verbrennungsmotors (1) zumindest streckenweise getrennt voneinander geführt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung von den inaktiven Zylinder (2) auslassseitig verlassenden Frischgas zum Abgas (10) der aktiven Zylinder (3) mittels zumindest einer Ventileinrichtung (18) aus der Rückführleitung (21) in einen Abgasstrang (8) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung derart gesteuert und/oder geregelt erfolgt, dass zumindest für einen für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (9) notwendigen Zeitraum Betriebsparameter, die für die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators (9) erforderlich sind, konstant oder nahezu konstant gehalten werden.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter eine Abgastemperatur (TA), ein Sauerstoffgehalt im Abgas, ein Volumenstrom (VA) des Abgasstromes einzeln oder in Kombination sind.
  11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (1) mit zumindest einem abschaltbaren Zylinder (2), wobei der abschaltbare Zylinder (2) einen Einlasskrümmer (13) und einen Abgaskrümmer (16) besitzt, wobei der Einlasskrümmer (13) und der Abgaskrümmer (16) über eine Rückführleitung (21) fluidisch in Verbindung stehen und die Rückführleitung (21) zumindest im abgeschalteten, inaktiven Zustand des abschaltbaren Zylinders (2) von Frischgas (20) durchströmbar ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (21) über eine Zudosierleitung (19) mit einem Abgasstrang (8) des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist, in dem der NOx-Speicherkatalysator (9) sitzt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung (18) vorhanden ist, mittels der Frischgas, welches den oder die inaktiven Zylinder (2) verlässt, dem Abgasstrom (23) zudosierbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (18) ein stufenlos einstellbares Ventil ist, mit dem ein beliebiger Anteil zwischen 0 und 100 % des den zumindest einen inaktiven Zylinder (2) verlassenden Frischgases dem Abgasstrom (23) in Strömungsrichtung vor dem NOx-Speicherkatalysator (9) zudosierbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils abschaltbare und nicht abschaltbare Zylinder (2; 3) über gemeinsame Einlasskrümmer (12; 13) und/oder Abgaskrümmer (15; 16) verfügen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder abschaltbare Zylinder (2) getrennt von anderen abschaltbaren Zylindern (2) eine Rückführleitung (21) von dessen Abgaskrümmer (16) zu dessen Einlasskrümmer (13) besitzt.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Rückführleitungen (21) von abschaltbaren Zylindern (2) die Ventileinrichtung (18) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rückführleitungen (21) über separat ansteuerbare oder separat regelbare Ventileinrichtungen (18) mit dem Abgasstrang (8) verbindbar sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (18) ein Schaltventil ist, mit dem Frischgas aus den inaktiven Zylindern (2) in den Abgasstrang (8) führbar ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (21) eine Kühleinrichtung (40) zum Kühlen des rückgeführten Frischgases besitzt.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (30) vorhanden ist, mittels der die Zudosierung von dem zumindest einen inaktiven Zylinder (2) verlassenden Frischgas zum Abgas (10) über die Ventileinrichtung (18) steuerbar und/oder regelbar ist.
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