DE102011118766A1 - Spark-ignition engine has purification system for lean exhaust gas, which is arranged in exhaust line of outlet pressure wave supercharger - Google Patents

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Abstract

The spark-ignition engine (1) has a pressure wave supercharger (2) and a regulated three-way catalyst (3), where the three-way catalyst is arranged in an exhaust line (4) between the engine exhaust and intake pressure wave supercharger. A purification system for lean exhaust gas is arranged in the exhaust line of an outlet pressure wave supercharger. The lean exhaust gas purification system is a system for selective catalytic reduction (5). An independent claim is included for a method for controlling an exhaust gas temperature in a spark-ignition engine.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Ottomotor in Kombination mit einem Druckwellenlader und einem geregelten Dreiwegekatalysator, wobei der Dreiwegekatalysator im Abgasstrang zwischen Motorauslass und Druckwellenladereinlass angeordnet ist.The invention describes a gasoline engine in combination with a pressure wave supercharger and a controlled three-way catalytic converter, wherein the three-way catalytic converter is arranged in the exhaust gas line between the engine outlet and the pressure wave supercharger inlet.

Aus der EP 0 885 352 B1 ist es bekannt, einen Otto-Motor in Kombination mit einem Druckwellenlader und einem geregelten Dreiwegekatalysator vorzusehen, wobei der Dreiwegekatalysator zwischen Motorauslass und Druckwellenladereinlass angeordnet ist und nach dem Druckwellenlader ein Oxidationskatalysator im Abgasstrang folgt. Dabei dienen zur Steuerung der Katalysatoren eine Lambda-Sonde, ein Temperaturfühler und eine Wastegate-Klappe. Damit soll ein Otto-Motor angegeben werden, der sowohl eine wesentlich höhere spezifische Leistung als auch einen wesentlich geringeren Schadstoffausstoß aufweist.From the EP 0 885 352 B1 It is known to provide a gasoline engine in combination with a pressure wave supercharger and a controlled three-way catalyst, wherein the three-way catalyst is arranged between the engine outlet and the pressure wave supercharger inlet and after the pressure wave supercharger follows an oxidation catalyst in the exhaust system. Here are used to control the catalysts, a lambda probe, a temperature sensor and a wastegate flap. This is an Otto engine to be specified, which has both a much higher specific power and a much lower pollutant emissions.

Aus der EP 0 899 436 B1 ist ein Otto-Motor in Kombination mit einer Druckwellenmaschine und einem Dreiwegekatalysator bekannt, wobei der Dreiwegekatalysator im Auslass des Otto-Motors zwischen dem Otto-Motor und dem Abgaseinlass der Druckwellenmaschine angeordnet ist und nach der Druckwellenmaschine ein Oxidationskatalysator angeordnet ist. Gemäß 2 kann der Dreiwegekatalysator auch zweigeteilt sein, wobei sich eine Heizeinrichtung zwischen den beiden Teilen befindet. Außerdem wird ein Diesel-Motor in Kombination mit einer Druckwellenmaschine, einer Heizeinrichtung und einem Katalysator offenbart, wobei die Heizeinrichtung auf den Abgaseinlass der Druckwellenmaschine wirkt. Der Katalysator ist ein Oxidationskatalysator. Er befindet sich im Auslass des Diesel-Motors zwischen dem Diesel-Motor und dem Abgaseinlass der Druckwellenmaschine.From the EP 0 899 436 B1 is a gasoline engine in combination with a pressure wave machine and a three-way catalyst known, the three-way catalyst is disposed in the outlet of the gasoline engine between the gasoline engine and the exhaust inlet of the pressure wave machine and after the pressure wave machine, an oxidation catalyst is arranged. According to 2 The three-way catalyst may also be divided into two, with a heating device between the two parts. In addition, a diesel engine in combination with a pressure wave machine, a heater and a catalyst is disclosed, wherein the heater acts on the exhaust inlet of the pressure wave machine. The catalyst is an oxidation catalyst. It is located in the outlet of the diesel engine between the diesel engine and the exhaust inlet of the pressure wave machine.

Aus der DE 101 02 376 B4 ist ein aufgeladener Schichtladebenzinmotor mit Direkteinspritzung bekannt, der mittels eines Turboladers mit verstellbarer Turbinengeometrie aufgeladen wird. Zudem wird offenbart, dass der Turbolader mit Verstellgeometrie eine zusätzliche Flexibilität liefert, welche verwendet werden kann, um NOx-Emissionsvorgaben durch verbesserte EGR-Zuführung und Abgastemperatursteuerung zu beherrschen. Bei Luft-/Kraftstoffverhältnissen jenseits der Stöchiometrie wird die NOx-Umwandlungseffizienz eines Dreiwegekatalysators stark reduziert. Demzufolge ist es bei Magermixmotoren häufig erforderlich, eine Magermix-NOx-Falle oder einen Magermix-NOx-Katalysator zu nutzen. Diese Vorrichtungen sind innerhalb eines kleinen Temperaturfensters am wirksamsten und machen damit für die Implementierung beliebiger Magermix-Motortechnologie ein Temperaturmanagement erforderlich. Mit einem Turbolader mit Verstellgeometrie kann die Temperatur des Abgases, das in die Nachbehandlungsvorrichtung eintritt, elektronisch gesteuert werden. Hinzu kommt, dass Magermix-NOx-Fallen eine beschränkte Kapazität haben und periodisch durch homogenen Betrieb mit fettem Gemisch gespült werden müssen. Um die Zeitdauer, die im Spülmodus gefahren wird, und damit die Zunahme beim Kraftstoffverbrauch zu minimieren, muss die NOx-Abgabe des Motors soweit wie möglich reduziert werden. Dabei ist ein konventioneller Ansatz zur NOx-Reduzierung die Verwendung von Abgasrückführung. Während des Magerbetriebs besteht das rückgeführte Abgas aus Luft und auch aus verbranntem Gas. Demzufolge müssen höhere Werte der Abgasrückführung eingestellt werden, um die gleichen Mengen verbrannten Gases im Zylinder zu erreichen. Wenn ein Turbolader verwendet wird, erhöht sich der Druck im Auspuffkrümmer und erlaubt an einigen Betriebspunkten adäquate EGR-Mengen. Zudem offenbart die Druckschrift, dass der Motor auch durch einen Druckwellenlader aufgeladen werden kann.From the DE 101 02 376 B4 there is known a turbocharged direct injection type stratified gasoline engine which is supercharged by means of a turbocharger of variable turbine geometry. In addition, it is disclosed that the variable geometry turbocharger provides additional flexibility that can be used to control NOx emission schedules through improved EGR delivery and exhaust temperature control. At air / fuel ratios beyond stoichiometry, the NOx conversion efficiency of a three way catalyst is greatly reduced. As a result, in lean burn engines, it is often necessary to utilize a lean burn NOx trap or a lean burn NOx catalyst. These devices are most effective within a small temperature window, thus requiring temperature management for the implementation of any lean-mix engine technology. With a variable geometry turbocharger, the temperature of the exhaust gas entering the aftertreatment device can be electronically controlled. In addition, lean NOx traps have a limited capacity and must be periodically purged by homogeneous operation with a rich mixture. In order to minimize the amount of time spent in the purge mode, and thus the increase in fuel consumption, the NOx output of the engine must be reduced as much as possible. A conventional approach to NOx reduction is the use of exhaust gas recirculation. During lean operation, the recirculated exhaust gas consists of air and also burnt gas. As a result, higher exhaust gas recirculation levels must be set to achieve the same amounts of burned gas in the cylinder. When a turbocharger is used, the pressure in the exhaust manifold increases, allowing adequate EGR levels at some operating points. In addition, the document discloses that the engine can also be charged by a pressure wave charger.

Druckwellenmaschinen zur Aufladung von Motoren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Dabei ist der maximal darstellbare Ladedruck der Druckwellenmaschine durch die abgasseitige Eintrittstemperatur in den Druckwellenlader bestimmt. Je höher die Eintrittstemperatur ist, desto höher ist der Druck auf der Seite des Abgaseintritts in den Zellrotor und damit der daraus resultierende Ladedruck. Bei niedrigen Abgastemperaturen wird der Druckwellenprozess immer problematischer, wobei dieser Prozess im Extremfall ganz zum Erliegen kommen kann.Shock wave machines for supercharging engines are well known in the art. In this case, the maximum representable boost pressure of the pressure wave machine is determined by the exhaust gas inlet temperature in the pressure wave supercharger. The higher the inlet temperature, the higher the pressure on the side of the exhaust gas inlet into the cell rotor and thus the resulting boost pressure. At low exhaust gas temperatures, the pressure wave process becomes more and more problematic, and in extreme cases this process can come to a complete standstill.

Auf der anderen Seite ist der Spülprozess der Druckwellenmaschine durch das Druckgefälle zwischen Abgasaustritt und Frischlufteintritt der Druckwellenmaschine begrenzt. Es ist daher wichtig, dass beim Abgasaustritt ein möglichst geringer Gegendruck herrscht. Folglich sollte ein Abgasreinigungssystem möglichst vor dem Druckwellenladereintritt im Abgasstrang positioniert sein, damit der Gegendruck beim Abgasaustritt aus dem Druckwellenlader nicht durch das Abgasreinigungssystem erhöht wird. Wenn das Abgasreinigungssystem vor dem Druckwellenladereintritt angeordnet ist, heizt es sich aufgrund der höheren Abgastemperatur besser auf. Gleichzeitig stellt das Abgasreinigungssystem nun aber eine thermische Trägheit für den Druckwellenlader dar und führt zu einer Verzögerung eines Temperaturanstiegs vor dem Druckwellenlader. Bei einem Lastsprung, also einem Motorbetriebswechsel von Teillast zu Volllast, ist infolgedessen der Ladedruckaufbau im Druckwellenlader durch den verzögerten Temperaturanstieg der Abgastemperatur begrenzt. Außerdem müssen die Emissionswerte eines Ottomotors auch bei der Aufladung mit einem Druckwellenlader beherrscht werden, wobei sich die Abgasnormen bereits mehrfach verschärft haben und sich auch noch in Zukunft verschärfen.On the other hand, the rinsing process of the pressure wave machine is limited by the pressure gradient between the exhaust gas outlet and fresh air inlet of the pressure wave machine. It is therefore important that the exhaust gas outlet has the lowest possible counterpressure. Consequently, an exhaust gas purification system should be positioned before the pressure wave load inlet in the exhaust line, if possible, so that the back pressure at the exhaust gas outlet from the pressure wave supercharger is not increased by the exhaust gas purification system. If the exhaust gas purification system is located before the pressure wave input, it heats up better due to the higher exhaust gas temperature. At the same time, however, the exhaust gas purification system now represents a thermal inertia for the pressure wave supercharger and leads to a delay of a temperature increase in front of the pressure wave supercharger. In a load jump, so an engine operation change from part load to full load, as a result, the boost pressure buildup in the pressure wave supercharger is limited by the delayed increase in temperature of the exhaust gas temperature. In addition, the emission levels of a gasoline engine must be controlled even when charging with a pressure wave supercharger, wherein the Exhaust emission standards have already been tightened several times and will also intensify in the future.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Abgasreinigungskonzept eines Ottomotors in Kombination mit einem Druckwellenlader weiter zu verbessern. Insbesondere gilt es, ein an die systemspezifischen Anforderungen des Druckwellenladers angepasstes Abgasreinigungskonzept zur Unterschreitung der zukünftig strengsten Abgasemissionsgrenzwerte (Europa EU6 und/oder USA LEV III) auszulegen.It is therefore an object of the present invention to further improve the exhaust gas purification concept of a gasoline engine in combination with a pressure wave supercharger. In particular, it is necessary to design an exhaust gas purification concept adapted to the system-specific requirements of the pressure wave supercharger so as to fall short of the future most stringent exhaust emission limit values (Europe EU6 and / or USA LEV III).

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach ist bei einem Ottomotor in Kombination mit einem Druckwellenlader und einem geregelten Dreiwegekatalysator der Dreiwegekatalysator im Abgasstrang zwischen Motorauslass und Druckwellenladereinlass angeordnet. Erfindungsgemäß ist nach dem Druckwellenladerauslass im Abgasstrang ein Reinigungssystem für mageres Abgas angeordnet.This object is achieved by the invention with the features of claim 1. Accordingly, in a gasoline engine in combination with a pressure wave supercharger and a controlled three-way catalyst, the three-way catalyst in the exhaust line between the engine outlet and pressure wave inlet. According to the invention, a lean exhaust gas cleaning system is arranged downstream of the pressure wave supercharger outlet in the exhaust gas line.

Die Positionierung des Dreiwegekatalysators zwischen Auslass der Brennkraftmaschine und dem Einlass des Druckwellenladers führt dazu, dass die aufzuheizende thermische Masse vor dem Druckwellenlader beherrschbar niedrige Katalysatorheizanforderungen nach sich zieht. Dadurch dass sich das Reinigungssystem für mageres Abgas im Abgasstrang nach dem Druckwellenladerauslass befindet, muss nur der Dreiwegekatalysator vor dem Druckwellenlader einen hohen Edelmetallanteil zur Alterungsabsicherung enthalten. Durch die Möglichkeit der Zuführung von geringen Restgasmengen über den Druckwellenlader zum Ottomotor, entstehen nur geringe Stickoxidemissionen. Das erfindungsgemäß dem Druckwellenlader nachgeschaltete System zur Reinigung von magerem Abgas ermöglicht die Einhaltung von Abgasgrenzwerten auch bei einen mageren Motorbetrieb. Der magere Motorbetrieb führt zu einer wünschenswerten Verbrauchsreduktion. Allerdings limitiert der Gegendruck durch das nachgeschaltete System zur Reinigung von magerem Abgas die maximale Ladeluftmenge des Druckwellenladers.The positioning of the three-way catalyst between the exhaust of the engine and the inlet of the pressure wave supercharger causes the thermal mass to be heated in front of the pressure wave supercharger to draw controllably low catalyst heating requirements. Due to the fact that the lean exhaust gas purification system in the exhaust line is downstream of the pressure wave supercharger outlet, only the three-way catalyst upstream of the pressure wave supercharger needs to contain a high proportion of noble metal for aging protection. Due to the possibility of supplying small quantities of residual gas via the pressure wave charger to the gasoline engine, only small nitrogen oxide emissions occur. The inventively downstream of the pressure wave supercharger system for cleaning lean exhaust gas allows compliance with exhaust limits, even with a lean engine operation. The lean engine operation leads to a desirable consumption reduction. However, the counterpressure by the downstream system for the purification of lean exhaust gas limits the maximum charge air quantity of the pressure wave supercharger.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Reinigungssystem für mageres Abgas um ein System für selektive katalytische Reduktion. Der Begriff selektive katalytische Reduktion (englisch selective catalytic reduction, SCR) bezeichnet eine Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von unter anderem Motoren. Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist selektiv, das heißt, es werden bevorzugt die Stickoxide (NO, NO2) reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen (wie zum Beispiel die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid) weitgehend unterdrückt werden.In a preferred embodiment, the lean exhaust gas purification system is a selective catalytic reduction system. The term Selective Catalytic Reduction (SCR) refers to a technique for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of, inter alia, engines. The chemical reaction on the SCR catalyst is selective, that is, it is preferable that the nitrogen oxides (NO, NO 2 ) are reduced, while undesirable side reactions (such as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide) are largely suppressed.

Zum Ablauf der Reaktion wird in der Regel Ammoniak (NH3) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Die Produkte der Reaktion sind Wasser (H2O) und Stickstoff (N2). In der Fahrzeugtechnik wird das SCR-Verfahren angewendet, um bei Dieselfahrzeugen die Stickoxidemissionen zu senken. Das Verfahren eignet sich erfindungsgemäß auch gut zur Abgasreinigung eines mit einem Druckwellenlader aufgeladenen direkteinspritzenden Benzinmotors. Das für die SCR-Reaktion benötigte Ammoniak wird dabei nicht direkt, d. h. in reiner Form, verwendet, sondern beispielsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung, von der Industrie einheitlich mit AdBlue bezeichnet. Diese wässrige Lösung wird vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang, z. B. mittels Dosierpumpe oder Injektor, eingespritzt. Aus der Harnstoff-Wasser-Lösung entstehen durch eine Hydrolysereaktion Ammoniak und CO2. Das so erzeugte Ammoniak kann dann in einem speziellen SCR-Katalysator bei entsprechender Temperatur mit den Stickoxiden im Abgas reagieren.As a rule, ammonia (NH 3 ), which is admixed with the exhaust gas, is required for the reaction to proceed. The products of the reaction are water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ). In vehicle technology, the SCR process is used to reduce nitrogen oxide emissions in diesel vehicles. According to the invention, the method is also suitable for the exhaust gas purification of a direct-injection gasoline engine charged with a pressure wave supercharger. The ammonia required for the SCR reaction is not used directly, ie in pure form, but, for example, in the form of an aqueous urea solution, uniformly designated by the industry as AdBlue. This aqueous solution is placed in front of the SCR catalyst in the exhaust line, z. B. by means of metering pump or injector injected. From the urea-water solution caused by a hydrolysis reaction ammonia and CO 2 . The ammonia thus produced can then react in a special SCR catalyst at the appropriate temperature with the nitrogen oxides in the exhaust gas.

Es ist jedoch erforderlich, den ordnungsgemäßen Betrieb aller im Abgasstrang befindlichen Katalysatoren zu kontrollieren. Zur Überwachung des Dreiwegekatalysators ist ohnehin bereits jetzt im Fahrzeug ein On-board-Diagnose Konzept mit 2 Sonden vorhanden. Wenn erfindungsgemäß nach dem Druckwellenladerauslass ein Reinigungssystem für mageres Abgas angeordnet ist, ist vor und hinter diesem System jeweils eine weitere Sonde zur On-board Diagnose notwendig, dadurch erhöht sich die Zahl der Sonden auf 4. Insbesondere die Steuerung und Überwachung des SCR-Katalysators ist aufwändig. Dies muss dann allerdings zur Erfüllung der strengen Abgasnormen in Kauf genommen werden.However, it is necessary to control the proper operation of all catalysts in the exhaust system. For monitoring the three-way catalytic converter, an on-board diagnostic concept with 2 probes is already present in the vehicle anyway. If, according to the invention, a lean exhaust gas cleaning system is arranged downstream of the pressure wave supercharger outlet, a further probe for on-board diagnosis is necessary in front of and behind this system, thereby increasing the number of probes to 4. In particular, controlling and monitoring the SCR catalytic converter consuming. However, this must then be accepted to meet the strict emission standards.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Reinigungssystem für mageres Abgas um einen Stickoxidspeicherkatalysator. Der Speicherkatalysator lagert bei magerem Fahrbetrieb an der Speicherkomponente Stickoxide ein. Hat der Speicherkatalysator seine zulässige Füllmenge erreicht, werden bei kurzzeitigem fettem Fahrbetrieb die gespeicherten Stickoxide wieder desorbiert. Diese Stickoxide werden anschließend an der Beschichtung nach dem bekannten 3-Wege-Prinzip reduziert. Der Arbeitsbereich für diese Speicherfunktion liegt etwa zwischen 200°C. und 500°C Abgastemperatur. Dieser Arbeitsbereich bestimmt somit den maximal mageren Fahrbereich des Fahrzeugs. Oberhalb dieser Abgastemperatur arbeitet der Speicherkatalysator wie ein 3-Wege-Katalysator. Seine maximale Einsatztemperatur beträgt ~800°C.In an alternative preferred embodiment, the lean exhaust gas purification system is a nitrogen oxide storage catalyst. The storage catalyst stores in lean driving on the storage component nitrogen oxides. If the storage catalytic converter has reached its permissible filling quantity, the stored nitrogen oxides are desorbed again during a brief, fat driving operation. These nitrogen oxides are then reduced to the coating according to the known 3-way principle. The working range for this memory function is approximately between 200 ° C. and 500 ° C exhaust gas temperature. This work area thus determines the maximum lean driving range of the vehicle. Above this exhaust gas temperature, the storage catalytic converter operates like a 3-way catalytic converter. Its maximum operating temperature is ~ 800 ° C.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können entweder sowohl ein Stickoxidspeicherkatalysator als auch ein System für selektive katalytische Reduktion hintereinander geschaltet sein oder der Stickoxidspeicherkatalysator ist zusätzlich mit einer SCR Funktionalität ausgestattet.In another preferred embodiment, either both a nitrogen oxide storage catalyst and a selective catalytic reduction system may be connected in series or The nitrogen oxide storage catalyst is additionally equipped with an SCR functionality.

Besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung auch für ein Regelungsverfahren verwendet werden, indem der Druckwellenlader so geregelt wird, dass der Druckwellenlader durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff anreichert. Dadurch kann die Abgastemperatur nach dem Druckwellenladerauslass im Sinne eines Thermomanagements beeinflusst werden.Particularly preferably, the pressure wave supercharger arrangement according to the invention can also be used for a control method in which the pressure wave supercharger is controlled so that the pressure wave supercharger enriches the exhaust gas after the pressure wave supercharger outlet with oxygen by purging the exhaust gas with air. As a result, the exhaust gas temperature can be influenced by the Druckwellenladerauslass in terms of thermal management.

Bei einer fetten Abgaszusammensetzung ist im Abgas unverbrannter Kraftstoff enthalten, der durch eine Reaktion mit Sauerstoff verbrennen kann. Wenn über dem Druckwellenlader dem fetten Abgasgemisch durch Spülen mit Luft Sauerstoff zugeführt wird, kann so die Abgastemperatur über einen Nachbrenneffekt nach dem Druckwellenladerauslass erhöht werden. Somit kann der Druckwellenlader zur Umsetzung einer Sekundärluftfunktion zur Reduktion der Zeit bis zum Light-off, also bis zur Starttemperatur des nach dem Druckwellenlader befindlichen Reinigungssystems für mageres Abgas genutzt werden. Insbesondere wird der Druckwellenlader so geregelt, dass der Druckwellenlader durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff dann anreichert, wenn bei fetter Abgaszusammensetzung die Abgastemperatur in dem nach dem Druckwellenladerauslass angeordneten Reinigungssystem für mageres Abgas niedriger ist als die zum Funktionieren des Reinigungssystems für mageres Abgas notwendige Mindesttemperatur. Dadurch wird ein zuverlässiger Reinigungsbetrieb sichergestellt. In vorteilhafter Weise kann so auf eine separate Heiz- oder Sekundärluftzuführeinrichtung verzichtet werden.In a rich exhaust gas composition, unburned fuel is contained in the exhaust, which may burn by reaction with oxygen. If oxygen is supplied to the rich exhaust gas mixture by flushing with air via the pressure wave supercharger, then the exhaust gas temperature can be increased via an afterburner effect downstream of the pressure wave supercharger outlet. Thus, the pressure wave supercharger can be used to implement a secondary air function to reduce the time to light-off, ie until the start temperature of the located after the pressure wave supercharger lean exhaust system. In particular, the blast loader is controlled so that the blast exhaust gas enriches the exhaust gas for exhaust gas outlet with oxygen when the flue gas temperature in rich exhaust gas composition is lower than that for functioning of the purge system minimum temperature required for lean exhaust gas. This ensures a reliable cleaning operation. Advantageously, can be dispensed with a separate heating or Sekundärluftzuführeinrichtung.

Alternativ kann die Abgastemperatur nach dem Druckwellenlader durch Spülen mit Frischluft auch auf eine gewünschte niedrigere Temperatur abgesenkt werden. Dadurch wird erfindungsgemäß ermöglicht, das nach dem Druckwellenlader befindliche Reinigungssystem für mageres Abgas in einem optimalen Arbeitstemperaturbereich zu halten, insbesondere kann so auch ein Überschreiten einer vorgegebenen Maximaltemperatur verhindert werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung einer Abgastemperatur bei dem Ottomotor offenbart, bei dem der Druckwellenlader durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff dann anreichert, wenn bei einem stöchiometrischen oder mageren Abgasgemisch die Abgastemperatur nach dem Druckwellenladerauslass einen vorgegebenen Temperaturbereich für das Reinigungssystem für mageres Abgas überschreitet. Bei einem stöchiometrischen oder mageren Abgasgemisch ist im Abgas kein überschüssiger Kraftstoff mehr vorhanden, der noch verbrennen könnte. Durch das Zuführen von relativ kalter Frischluft wird die Abgastemperatur über den kühleren Massenstrom abgesenkt. Das Reinigungssystem für mageres Abgas kann also über einen größtmöglichen Zeitraum in seinem bevorzugten Temperaturfenster betrieben werden.Alternatively, the exhaust gas temperature after the pressure wave supercharger can be lowered by flushing with fresh air to a desired lower temperature. In accordance with the invention, this makes it possible to keep the lean exhaust gas cleaning system located downstream of the pressure wave supercharger within an optimum operating temperature range, in particular, exceeding a predetermined maximum temperature can thus be prevented. According to the invention, a method for controlling an exhaust gas temperature is disclosed in the gasoline engine, wherein the pressure wave supercharger by flushing the exhaust gas with air then enriches the exhaust gas after the Druckwellenladerauslass with oxygen, if in a stoichiometric or lean exhaust gas mixture, the exhaust gas temperature after Druckwellenladerauslass a predetermined temperature range for Cleaning system for lean exhaust exceeds. In the case of a stoichiometric or lean exhaust gas mixture, there is no longer any surplus fuel in the exhaust gas which could still burn. By supplying relatively cold fresh air, the exhaust gas temperature is lowered above the cooler mass flow. The lean exhaust gas cleaning system can thus be operated in its preferred temperature window for a maximum period of time.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the figures. Showing:

1 einen Abgasstrang (4) mit einem Dreiwegekatalysator (3) vor einem Druckwellenlader (2) und einem System für selektive katalytische Reduktion (5) nach dem Druckwellenlader, 1 an exhaust system ( 4 ) with a three-way catalyst ( 3 ) in front of a pressure wave loader ( 2 ) and a selective catalytic reduction system ( 5 ) after the pressure wave loader,

2 den Abgasstrang (4) mit dem Dreiwegekatalysator (3) vor dem Druckwellenlader (2) und einem Stickoxidspeicherkatalysator (6) nach dem Druckwellenlader (2), 2 the exhaust system ( 4 ) with the three-way catalyst ( 3 ) in front of the pressure wave loader ( 2 ) and a nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ) after the pressure wave loader ( 2 )

3 einen Abgasstrang (4) mit dem Dreiwegekatalysator (3) vor dem Druckwellenlader (2) und dem System für selektive katalytische Reduktion (5) sowie dem Stickoxidspeicherkatalysator (6) nach dem Druckwellenlader (2). 3 an exhaust system ( 4 ) with the three-way catalyst ( 3 ) in front of the pressure wave loader ( 2 ) and the selective catalytic reduction system ( 5 ) as well as the nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ) after the pressure wave loader ( 2 ).

1 zeigt schematisch einen Ottomotor (1), an dessen Auslass sich ein Abgasstrang (4) anschließt. Nah am Auslass des Ottomotors (1) sitzt ein Dreiwegekatalysator (3). Aktuell im Markt befindliche aufgeladene Ottomotoren sind ausschließlich mit Abgasturboladern, mechanisch angetriebenen Kompressoren oder einer Kombination von beiden mehrstufig aufgeladen. Die motornahe Platzierung des Dreiwegekatalysators (3) wird durch den Druckwellenlader (2) ermöglicht. Ein Energieaustausch von einer Heißgasseite (21), welche sich im Abgasstrang (4) befindet und in die Abgas in Pfeilrichtung vom Abgasstrang (4) einströmt und die Heißgasseite (21) in Pfeilrichtung in den Abgasstrang (4) wieder verlässt, zu einer Kaltgasseite (20), welche in Pfeilrichtung von der Umgebungsluft angeströmt wird und die Kaltgasseite (20) in Richtung einer nicht näher dargestellten Ladeluftleitung zum Ottomotor (1) wieder verlässt, findet mit Schallgeschwindigkeit statt. Daraus resultiert ein gegenüber einem Turbolader deutlich besseres Ansprechverhalten, so dass ein Befüllen des Druckwellenladers (2) nicht so eine kritische Rolle spielt wie bei einem Turbolader. Folglich kann der Dreiwegekatalysator (3) vor dem Druckwellenlader (2) im Abgasstrang (4) sitzen. Durch die Möglichkeit einer äußerst motornahen Anbindung des Dreiwegekatalysators (3), wird die Betriebstemperatur des Reinigungssystems (3) früher erreicht. Der Dreiwegekatalysator (3) vor dem Druckwellenlader (2) stellt zwar eine thermische Masse dar, die sich auf die Abgastemperatur vor dem Druckwellenlader (2) auswirkt, weil sie immer zuerst aufgeheizt werden muss, dem kann jedoch mittels einer Heizstrategie begegnet werden. An den Druckwellenlader (2) schließt sich erfindungsgemäß ein Reinigungssystem für mageres Abgas (5) an, in diesem Fall ein System für eine selektive katalytische Reduktion. Dadurch wird auch bei einem modernen mit einem Druckwellenlader (2) aufgeladenen, direkteinspritzenden Ottomotor (1) sichergestellt, dass nicht nur die gewünschte Motorenleistung erbracht wird, sondern auch die gesetzlichen Abgasgrenzwerte eingehalten werden. Sollte die Abgastemperatur nach dem Druckwellenlader (2) nicht ausreichen, um die sogenannte Light-Off Temperatur, also die Starttemperatur des Reinigungssystems für mageres Abgas (5) zu erreichen, kann die Abgastemperatur über einen Nachbrenneffekt durch Spülen des Abgases im Druckwellenlader (2) mit Luft aus der Kaltgasseite (20) zur Anreicherung des Abgases mit Sauerstoff erhöht werden. 1 schematically shows a gasoline engine ( 1 ), at the outlet of which an exhaust gas line ( 4 ). Close to the outlet of the gasoline engine ( 1 ) sits a three-way catalyst ( 3 ). Supercharged gasoline engines currently on the market are only charged in multiple stages with exhaust gas turbochargers, mechanically driven compressors or a combination of both. The close-to-the-engine placement of the three-way catalytic converter ( 3 ) by the pressure wave loader ( 2 ). An energy exchange from a hot gas side ( 21 ), which in the exhaust system ( 4 ) and in the exhaust gas in the direction of arrow from the exhaust line ( 4 ) and the hot gas side ( 21 ) in the direction of the arrow in the exhaust line ( 4 ) leaves again, to a cold gas side ( 20 ), which is flown in the direction of arrow of the ambient air and the cold gas side ( 20 ) in the direction of a charge air line not shown in detail to the gasoline engine ( 1 ) leaves again, takes place at the speed of sound. This results in a response to a turbocharger significantly better, so that a filling of the pressure wave supercharger ( 2 ) does not play such a critical role as in a turbocharger. Consequently, the three-way catalyst ( 3 ) in front of the pressure wave loader ( 2 ) in the exhaust line ( 4 ) to sit. Due to the possibility of extremely close-to-motor connection of the three-way catalyst ( 3 ), the operating temperature of the cleaning system ( 3 ) reached earlier. The three-way catalyst ( 3 ) in front of the pressure wave loader ( 2 ) represents a thermal mass that is based on the exhaust gas temperature before the pressure wave loader ( 2 ), because it always has to be heated first, but this can be countered by means of a heating strategy. To the pressure wave loader ( 2 ) closes according to the invention, a lean exhaust gas purification system ( 5 ), in this case a selective catalytic reduction system. This is also in a modern with a pressure wave loader ( 2 ) supercharged, direct injection gasoline engine ( 1 ) ensures that not only the desired engine performance is provided, but also the legal emission limits are met. Should the exhaust gas temperature after the pressure wave loader ( 2 ) are not sufficient to the so-called light-off temperature, ie the starting temperature of the lean exhaust gas purification system ( 5 ), the exhaust gas temperature can be increased by an afterburn effect by purging the exhaust gas in the pressure wave supercharger ( 2 ) with air from the cold gas side ( 20 ) are increased to enrich the exhaust gas with oxygen.

2 zeigt ebenfalls den Ottomotor (1) mit anschließendem Abgasstrang (4) und den Druckwellenlader (2) mit Heißgasseite (21) und Kaltgasseite (20). Vor dem Druckwellenlader (2) sitzt der Dreiwegekatalysator (3). Die Reinigungsfunktion für mageres Abgas wird durch einen Stickoxidspeicherkatalysator (6) ausgeübt, der hinter dem Druckwellenlader (2) im Abgasstrang (4) sitzt. 2 also shows the gasoline engine ( 1 ) with subsequent exhaust gas line ( 4 ) and the pressure wave loader ( 2 ) with hot gas side ( 21 ) and cold gas side ( 20 ). In front of the pressure wave loader ( 2 ) sits the three-way catalyst ( 3 ). The lean exhaust gas purifying function is controlled by a nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ) behind the blast loader ( 2 ) in the exhaust line ( 4 ) sits.

In 3 schließt sich an das System für eine selektive katalytische Reduktion (5) noch der Stickoxidspeicherkatalysator (6) an. Durch den Dreiwegekatalysator (3), das System für eine selektive katalytische Reduktion (5) und den Stickoxidspeicherkatalysator (6) wird das von dem Ottomotor (1) emittierte Abgas bestmöglich gereinigt, während es gleichzeitig durch den Druckwellenlader (2) über den Energieaustausch zwischen Heißgasseite (21) und Kaltgasseite (22) zum Verdichten der Ladeluft genutzt wird.In 3 follows the system for selective catalytic reduction ( 5 ) nor the nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ) at. Through the three-way catalyst ( 3 ), the selective catalytic reduction system ( 5 ) and the nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ), that of the gasoline engine ( 1 ) exhaust gas cleaned while it through the pressure wave loader ( 2 ) about the energy exchange between hot gas side ( 21 ) and cold gas side ( 22 ) is used to compress the charge air.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 0899436 B1 [0003] EP 0899436 B1 [0003]
  • DE 10102376 B4 [0004] DE 10102376 B4 [0004]

Claims (7)

Ottomotor (1) in Kombination mit einem Druckwellenlader (2) und einem geregelten Dreiwegekatalysator (3), wobei der Dreiwegekatalysator (3) im Abgasstrang (4) zwischen Motorauslass und Druckwellenladereinlass angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Druckwellenladerauslass im Abgasstrang (4) ein Reinigungssystem (5, 6) für mageres Abgas angeordnet ist.Gasoline engine ( 1 ) in combination with a pressure wave charger ( 2 ) and a controlled three-way catalyst ( 3 ), wherein the three-way catalyst ( 3 ) in the exhaust line ( 4 ) is arranged between the engine outlet and the pressure wave load inlet, characterized in that after the pressure wave loader outlet in the exhaust gas line ( 4 ) a cleaning system ( 5 . 6 ) is arranged for lean exhaust gas. Ottomotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungssystem für mageres Abgas ein System für selektive katalytische Reduktion (5) ist.Gasoline engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the lean exhaust gas purification system comprises a selective catalytic reduction system ( 5 ). Ottomotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungssystem für mageres Abgas ein Stickoxidspeicherkatalysator (6) ist.Gasoline engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the lean exhaust gas purification system comprises a nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ). Ottomotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungssystem für mageres Abgas ein Stickoxidspeicherkatalysator (6) ist in Kombination mit einem System für selektive katalytische Reduktion (5).Gasoline engine ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the lean exhaust gas purification system comprises a nitrogen oxide storage catalyst ( 6 ) in combination with a selective catalytic reduction ( 5 ). Verfahren zur Regelung einer Abgastemperatur bei dem Ottomotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwellenlader (2) so geregelt wird, dass der Druckwellenlader (2) durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff anreichert, wodurch die Abgastemperatur nach dem Druckwellenladerauslass beeinflusst wird.Method for controlling an exhaust gas temperature in the gasoline engine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure wave loader ( 2 ) is controlled so that the pressure wave loader ( 2 ) is enriched with oxygen by purging the exhaust gas with air, the exhaust gas to the Druckwellenladerauslass, whereby the exhaust gas temperature is influenced after the Druckwellenladerauslass. Verfahren zur Regelung der Abgastemperatur bei dem Ottomotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwellenlader (2) durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff dann anreichert, wenn bei einer fetten Abgaszusammensetzung die Abgastemperatur in dem nach dem Druckwellenladerauslass angeordneten Reinigungssystem (5, 6) für mageres Abgas niedriger ist als die zum Funktionieren des Reinigungssystems (5, 6) für mageres Abgas notwendige Mindesttemperatur.Method for controlling the exhaust gas temperature in the gasoline engine ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the pressure wave loader ( 2 ) is enriched by flushing the exhaust gas with air, the exhaust gas after the Druckwellenladerauslass with oxygen when, in a rich exhaust gas composition, the exhaust gas temperature in the arranged after the Druckwellenladerauslass cleaning system ( 5 . 6 ) for lean exhaust gas is lower than that for functioning of the cleaning system ( 5 . 6 ) required for lean exhaust gas minimum temperature. Verfahren zur Regelung der Abgastemperatur bei dem Ottomotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwellenlader (2) durch Spülen des Abgases mit Luft das Abgas nach dem Druckwellenladerauslass mit Sauerstoff dann anreichert, wenn bei einem stöchiometrischen oder mageren Abgasgemisch die Abgastemperatur nach dem Druckwellenladerauslass einen vorgegebenen Temperaturbereich für das nach dem Druckwellenladerauslass angeordneten Reinigungssystem (5, 6) für mageres Abgas überschreitet.Method for controlling the exhaust gas temperature in the gasoline engine ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the pressure wave loader ( 2 ) is enriched by flushing the exhaust gas with air, the exhaust gas to the Druckwellenladerauslass with oxygen when, for a stoichiometric or lean exhaust gas mixture, the exhaust gas temperature after the Druckwellenladerauslass a predetermined temperature range for the arranged after the Druckwellenladerauslass cleaning system ( 5 . 6 ) for lean exhaust gas.
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