AT3980U2

AT3980U2 - Verfahren zum betreiben einer direkt einspritzenden brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT3980U2
Application number: AT0021499U
Authority: AT
Inventors: Gerhard Dipl Ing Holy; Walter Dr Piock; Eduard Dipl Ing Unger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-11-27
Also published as: DE10014817A1; AT3980U3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine (2), mit zumindest einem NO`X- Speicherkatalysator (5) im Abgasstrang (4), wobei zeitweise die Abgastemperatur (T`M) am Motoraustritt (M) angehoben wird. Um den Kraftstoffverbrauch zu vermindern, ist vorgesehen, daß das Motorkennfeld der Brennkraftmaschine (2) verbrauchsoptimal kalibriert wird, daß die Abgastemperatur (T`A) im Abgasstrang (4) im Bereich des NO`X- Speicherkatalysators (5), vorzugsweise stromaufwärts des NO`X- Speicherkatalysators (5) gemessen und die Abgastemperatur (T`M) am Motoraustritt (M) nur dann angehoben wird, wenn die Abgastemperatur (T`A) im Abgasstrang (4) einen vordefinierten Schwellwert (T`S) unterschreitet.

Description


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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden Brennkraft- maschine, mit zumindest einem NOx-Speicherkatalysator im Abgasstrang, wobei zeitweise die Abgastemperatur am Motoraustritt angehoben wird. 



  NOx-Speicherkatalysatoren werden insbesondere bei magerbetriebenen, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen zur Verminderung der NOx-Emissionen eingesetzt. Eine Brennkraft- maschine mit einem NOx-Speicherkatalysator im Abgasstrang ist aus der US 5 732 554 A bekannt. NOx-Speicherkatalysatoren (Adsorberkatalysatoren) verfügen über ein bestimmtes Temepraturfenster, in dem eine NOx-Konvertierung stattfindet. Dieses Temperaturfenster bestimmt im wesentlichen den Betriebsbereich des direkteinspritzenden Motors, insbesondere den Betriebsbereich eines direkteinspritzenden Otto-Motors, in dem mit überstöchio- metrischem Kraftstoff-Luftverhältnis gefahren werden kann. Das Temperaturfenster liegt im Bereich zwischen 150  bis 550 C. 



  Es ist bekannt, im untersten Drehzahl- und Lastbereich von direkteinspritzenden Motoren zur Erreichung des untersten Endes des Temperaturfensters des NOx-Katalysators die Brenn- kraftmaschine teilgedrosselt zu betreiben, um die Abgastemperatur zu heben. Diese bisher unflexibel und unabhängig von der tatsächlichen Abgastemperatur am NOx-Speicher- katalysator durchgeführte Teildrosselung verursacht jedoch zum Teil beträchtliche Kraftstoff- verbrauchserhöhungen im Vergleich zum vollkommen ungedrosselten Motorbetrieb. 



  Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und den Kraftstoffverbrauch bei einer Brennkraftmaschine mit NOx-Speicherkatalysator zu vermindern. 



  Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass das Motorkennfeld der Brennkraftmaschine ver- brauchsoptimal kalibriert wird, dass die Abgastemperatur im Abgasstrang im Bereich des NOx-Speicherkatalysators, vorzugsweise stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators ge- messen und die Abgastemperatur am Motoraustritt nur dann angehoben wird, wenn die Ab- gastemperatur im Abgasstrang einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der Abgasstrang samt NOx-Speicherkatalysator und anderen Einbauten, wie etwa ein vorgeschalteter Oxidationskatalysator eine thermisch träge Masse darstellt, und sich kurzzeitige Temperaturänderungen am Motoraustritt nicht unmittel- bar auf die Temperatur des NOx Speicherkatalysators auswirken.

   Kurzzeitige Absenkungen der Abgastemperatur am Motoraustritt bei instationärem Motorbetrieb, wie sie beispielsweise bei stop-and-go Betrieb eines Fahrzeuges auftreten, führen daher nicht unmittelbar zu einer Unterschreitung der unteren Ansprechtemperatur des NOx -Speicherkatalysators, da der Tem- peraturabfall der Motoraustrittstemperatur durch die Eigenwärme des Abgasstranges zum Teil kompensiert wird. Erst bei längerem Absinken der Abgastemperatur wird der Abgasstrang soweit abgekühlt, dass die Gefahr besteht, dass das Temperaturfenster des   NOx-Speicherkataly-   sators verlassen wird.

   Erst bei Erreichen oder Unterschreiten eines vordefinierten Schwell- wertes, der zweckmässigerweise im Bereich der unteren Ansprechtemperatur des NOx-Spei- 

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 cherkatalysators angesetzt wird, wird - bevorzugt durch innermotorische Steuerungsmass- nahmen - die Abgastemperatur am Motoraustritt gezielt angehoben. Der Schwellwert liegt üblicherweise bei oder unterhalb von 150 C. Die Bestimmung der Abgastemperatur im Be- reich des NOx-Speicherkatalysators erfolgt über einen Temperatursensor im Abgasstrang im oder stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators. Zum Unterschied zu bekannten Brenn- kraftmaschinen mit NOx-Speicherkatalysator wird somit nur dann eine Anhebung der Abgas- temperatur am Motoraustritt durchgeführt, wenn dies aus thermischen Gründen unbedingt nötig ist. 



  In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgastemperatur am Motoraustritt durch Teildrosselung der Einlassströmung erfolgt, wobei eine deutliche Anhe- bung der Abgastemperatur erreicht wird, wenn bei Teildrosselung der engste Strömungsquer- schnitt im Einlassströmungsweg bis auf etwa 0,8 bis 0,95 des ungedrosselten Strömungsquer- schnittes vermindert wird. Die Teildrosselung des Einlassströmungsweges kann in herkömm- licher Weise über eine Drosselklappe oder aber auch durch Einlassventile mit variablem Ven- tilhub erfolgen. Das Motorkennfeld der Brennkraftmaschine wird dabei prinzipiell ungedros- selt oder gering gedrosselt kalibriert. Erst im Bedarfsfall, wenn also die Abgastemperatur kleiner ist als die Ansprechtemperatur des NOx-Katalysators, wird eine stärkere Androsselung des Einlasstraktes durchgeführt. 



  In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anhebung der Abgastemperatur am Motoraustritt durch sekundäre exotherme Reaktionen, vorzugsweise durch Veränderung des Einspritzzeitpunktes und/oder der Einspritzmenge und/oder des Zün- dungszeitpunktes erfolgt. Durch Veränderung des Einspritzzeitpunktes, der Einspritzmenge und/oder des Zündzeitpunktes kann, insbesondere bei vorgeschaltetem Oxidationskatalysator, eine exotherme Reaktion hervorgerufen werden, die zu einer schnellen Anhebung der Abgas- temperatur im Bereich des NOx-Speicherkatalysators führt. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. 



  Die Fig. zeigt schematisch einen Zylinder 1 einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine 2 mit einem Einlassstrang 3 und einem Abgasstrang 4. Der Abgasstrang 4 weist einen NOx- Speicherkatalysator 5 auf. Stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators 5 ist im Abgasstrang 4 ein Temperatursensor 6 zur Ermittlung der Abgastemperatur TA im Bereich des NOx-Spei- cherkatalysators 5 angeordnet. 



  Im Einlassstrang 3 ist eine Drosselklappe 7 zur Teildrosselung des Strömungsquerschnittes des Einlassströmungsweges 3 angeordnet. Der Temperatursensor 6 ist mit einer Steuereinheit 8 verbunden, mit welcher die Stellung der Drosselklappe 7 gesteuert werden kann. 



  Liefert der Temperatursensor 6 ein Temperatursignal an die Steuereinheit 8, welches unter einem Schwellwert Ts für die Abgastemperatur TA im Bereich des NOx-Speicherkatalysators 5 liegt, so wird über die Steuereinheit 8 mittels der Drosselklappe 7 eine Teildrosselung bis auf 80 bis 95% des ungedrosselten Strömungsquerschnittes durchgeführt. Durch die Andros- 

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 selung des Einlassströmungsweges wird eine Temperaturerhöhung des Abgases TM am Motor- austritt M und weiters der Abgastemperatur TA im Bereich des NOx-Speicherkatalysators 5 innerhalb des Temperaturfensters des Speicherkatalysators 5 erreicht.

   Wird der Schwellwert Ts der Abgastemperatur TA im Bereich des NOx -Speicherkatalysators 5 erreicht oder über- schritten, so wird die Drosselklappe 7 wieder stärker bzw. vollständig geöffnet und die Brennkraftmaschine 2 im betrachteten Kennfeldbereich verbrauchsgünstig betrieben. 



  Der Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine 2 wird somit prinzipiell ungedrosselt oder ge- ring gedrosselt kalibriert. Erst bei Bedarf, der mittels des Temperatursensors 6 festgestellt wird, erfolgt eine Anhebung der Abgastemperatur TM am Motoraustritt durch Androsselung der Einlassströmung. Die Androsselung kann statt über eine eigene Drosselklappe auch durch entsprechende Steuerung von hubvariablen Einlassventilen erfolgen. 



  Dadurch, dass erst dann eine Androsselung des Motors durchgeführt wird, wenn diese aus thermischen Gründen unbedingt nötig ist, können beträchtliche Kraftstoffverbrauchseinspa- rungen realisiert werden. 



  Die Anhebung der Abgastemperatur TM am Motoraustritt M kann neben der Teildrosselung der Einlassströmung auch durch Verstellung des Einspritzzeitpunktes oder des Zündzeitpunk- tes oder der Einspritzmenge oder der Einspritzanzahl erfolgen.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betreiben einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine (2), mit zu- mindest einem NOx-Speicherkatalysator (5) im Abgasstrang (4), wobei zeitweise die Abgastemperatur (TM) am Motoraustritt angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorkennfeld der Brennkraftmaschine (2) verbrauchsoptimal kalibriert wird, dass die Abgastemperatur (TA) im Abgasstrang (4) im Bereich des NOx-Speicherkatalysators (5), vorzugsweise stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators (5) gemessen und die Abgastemperatur (TM) am Motoraustritt (M) nur dann angehoben wird, wenn die Ab- gastemperatur (TA) im Abgasstrang (4) einen vordefinierten Schwellwert (Ts) unter- schreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung der Abgas- temperatur (TM) am Motoraustritt (M) durch Teildrosselung der Einlassströmung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teildrosselung der engste Strömungsquerschnitt im Einlassströmungsweg bis auf etwa 0,8 bis 0,95 des ungedrosselten Strömungsquerschnittes vermindert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung der Abgas- temperatur (TM) am Motoraustritt (M) durch sekundäre exotherme Reaktionen, vorzugs- weise durch Veränderung des Einspritzzeitpunktes und/oder der Einspritzmenge und/oder des Zündungszeitpunktes erfolgt.