DE10160438A1 - Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NO¶X¶-Speicherkatalysator im Abgasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Temperatur des NO¶X¶-Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Sollwert für die Temperatur des NO¶X¶-Speicherkatalysators vordefiniert wird. Um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasqualität auf möglichst einfache Art zu verbessern, ist vorgesehen, dass in lastfreien Betriebszuständen, bei welchen die Temperatur des NO¶X¶-Speicherkatalysators über dem vordefinierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird. Das Wiedereinsetzen nach einem lastfreien Betriebszustand erfolgt ebenfalls ungedrosselt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NOX-Spei­ cherkatalysator im Abgasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Tempe­ ratur des NOX-Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Sollwert oder ein Sollwertkennfeld als Funktion von Einspritzmenge und/oder Motordrehzahl und/oder -last für die Temperatur des NOX-Speicherkatalysators vordefiniert wird.
Um den NOX-Ausstoß bei direkteinspritzenden Otto-Motoren auf das vom Gesetz­ geber vorgeschriebene Maß zu reduzieren, werden NOX-Speicherkatalysatoren eingesetzt. Speicher- oder Adsorberkatalysatoren verfügen über ein bestimmtes Temperaturfenster, in welchem eine NOX-Einspeicherung stattfinden kann. Dieses Temperaturfenster bestimmt im wesentlichen den Betriebsbereich der direktein­ spritzenden Otto-Brennkraftmaschine, in dem mit überstöchiometrischem Luft- Kraftstoff-Verhältnis gefahren werden kann. Nach Einspeichern einer bestimmten Masse an NOX muss der Motor mit einem unterstöchiometrischen λ-Wert betrei­ ben werden, um das eingespeicherte NOX wieder zu reduzieren, was den Treib­ stoffverbrauch erhöht. Speicherkatalysatoren sind außerdem empfindlich für hohe Temperaturen und weisen bei Abgastemperaturen, welche eine spezifische Alterungstemperatur überschreiten, eine verstärkte Neigung zu einer irreversib­ len Katalysatoralterung auf. Um diese Schädigung zu vermeiden, ist es bekannt, zum Schutz des Katalysators vor zu hohen Abgastemperaturen das Abgas mit einem Bypass-System am Adsorber vorbeizuleiten oder bei Überschreiten einer bestimmten Abgastemperatur auf stark unterstöchiometrischen Motorbetrieb umzuschalten. Dies wirkt sich allerdings nachteilig auf die Abgasqualität und/oder den Treibstoffverbrauch aus.
In der AT 3.601 U1 wurde bereits vorgeschlagen, stromaufwärts des NOX-Spei­ cherkatalysator einen Abgaskühler anzuordnen, um auf möglichst einfache Weise Treibstoffverbrauch und Abgasemissionen zu reduzieren und um einen wirksa­ men Schutz für den NOX-Speicherkatalysator bereitzustellen.
Es ist weiters bekannt, bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zwischen einem Vorkatalysator und einem NOX-Speicherkatalysator eine umgehbare Kühl­ strecke vorzusehen, wobei der Durchfluss durch die Kühlstrecke über eine Ab­ gasklappe gesteuert werden kann. Dadurch ist ein Temperaturmanagement des NOX-Speicherkatalysators möglich.
Zur weiteren Verminderung des Treibstoffverbrauches und der Abgasemissionen ist eine Ausweitung des Schichtbetriebes wünschenswert. Zur Vermeidung einer unakzeptablen Erhöhung der Stickoxidemissionen bietet sich die bekannte Tech­ nologie der Abgasrückführung an. Eine interne Abgasrückführung kann durch Verstellung der Steuerzeiten bewerkstelligt werden. Nachteilig dabei ist allerdings der Kostenaufwand für die Ventilsteuerzeiten-Verstelleinrichtungen, die für Ein- und Auslassventile benötigt werden. Als kostengünstige Alternative kann die be­ kannte externe Abgasrückführung mit Durchflusssteuerung eingesetzt werden, bei der eine Abgasrückführleitung vom Abgasstrang in die Einlassleitung einmün­ det.
Bei aufgeladenem Magerbetrieb steigt allerdings im Ansaugsammlerbereich der Ladedruck an und würde eine Abgasrückführung behindern. Um trotzdem genü­ gend externes Abgas rückführen zu können, ist das Aufbringen eines Gegendru­ ckes im Abgasstrang stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung notwendig. Problematisch ist allerdings, dass bei Homogenbetrieb mit λ = 1 hohe Abgastemperaturen auftreten, welche über dem Einspeicherfenster des NOX- Speicherkatalysators liegen, wodurch die entstehenden Stickoxide nicht mehr eingespeichert werden können. Um möglichst viel im kraftstoffsparenden Mager­ betrieb fahren zu können, ist es notwendig, durch gezielte Maßnahmen die Ab­ gastemperatur vor dem NOX-Speicherkatalysator entsprechend nieder zu halten.
Ein besonderes Problem dabei ist das Wiedereinsetzen des Magerbetriebes aus einem Betriebsbereich mit hoher Abgastemperatur. Wenn das gesamte Auspuff­ system nämlich stark erwärmt ist, dauert es relativ lange, um die Abgastempe­ raturen vor dem NOX-Speicherkatalysator wieder in den gewünschten Bereich zu bringen, zumal während der Sperrzeit des NOX-Speicherkatalysators die Brenn­ kraftmaschine homogen betrieben wird, und daher deutlich höhere motorseitige Temperaturen erzeugt werden. Durch oberflächliche Kühlung des Abgases über Rohre, beispielsweise durch Doppelmantelkühlung des Abgasstranges, kann die­ ses Problem nicht zufriedenstellend gelöst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer fremd­ gezündeten Brennkraftmaschine auf möglichst einfach Weise Treibstoffverbrauch und Abgasemissionen zu reduzieren. Insbesondere soll dabei die Wiedereinsetz­ dauer für den Magerbetrieb aus Betriebsphasen mit hohen Abgastemperaturen verkürzt werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in lastfreien Betriebszustän­ den, bei welchen die Temperatur des NOX-Speicherkatalysators über dem vorde­ finierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird. Als lastfreie Betriebszu­ stände werden dabei Schubphasen definiert. In Schubphasen oberhalb einer Wiedereinsetzdrehzahl für die Kraftstoffzufuhr wird - wenn die gemessene oder mit einem Rechenmodell bestimmte Speicherkatalysatortemperatur höher ist als der Sollwert der Speicherkatalysatortemperatur - die Brennkraftmaschine unge­ drosselt, das heißt mit zur Gänze geöffneter Drosselklappe, und ohne Einsprit­ zung betrieben, damit eine große Luftmenge relativ kühl durch das Einlass- und Auslasssystem strömt und die Abkühlung vor allem der gesamten Katalysator­ strukturen beschleunigt. Der Antriebsstrang ist dabei geschlossen, der Motor so­ mit durch das Fahrzeug angetrieben. Die Wiedereinsetzdrehzahl ist eine Funktion von Gang und Motordrehzahl. Dadurch kann die Speicherkatalysatortemperatur wesentlich schneller gesenkt werden und ein früherer Umstieg auf den kraftstoff­ sparenden Magerbetrieb realisiert werden. Das Wiedereinsetzen nach einer sol­ chen Schubphase erfolgt dann ebenfalls im Magerbetrieb (Schichtbetrieb), wobei nur geringfügig angedrosselt werden muss. Dadurch kann ein schnelles Anstei­ gen der Temperatur bedingt durch den sonst notwendigen Homogenbetrieb mit λ = 1 vermieden werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NOX-Speicherkatalysator im Ab­ gasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Temperatur des NOX- Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinu­ ierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Soll­ wert oder ein Sollwertkennfeld als Funktion von Einspritzmenge und/oder Motordrehzahl und/oder -last für die Temperatur des NOX-Speicherkataly­ sators vordefiniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in lastfreien Be­ triebszuständen, bei welchen die Temperatur des NOX-Speicherkatalysators über dem vordefinierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als lastfreier Betriebszustand Schubphasen oberhalb einer vordefinierten Wiedereinsetz­ drehzahl definiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des lastfreien Betriebszustandes und/oder nach Absinken der Temperatur des NOX-Speicherkatalysators auf eine vordefinierte Wiederein­ setztemperatur, welche maximal dem Sollwert entspricht, das Wiederein­ setzen des Lastbetriebes im Magerbetrieb mit einem überstöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgt.
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