DE102017219508B4 - Method for enriching the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine with reducing agent - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung Düsenöffnungen zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der Verschlusskörper die Düsenöffnungen in einer Ruheposition vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und in einer Arbeitsposition mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet, bei dem mindestens eine Nacheinspritzung vorgenommen wird, wobei die mittels Nacheinspritzen eingebrachte Kraftstoffmenge Δmfuel,enrich zur Abgasanreicherung verwendet wird.
Es soll ein verbessertes Verfahren zur Abgasanreicherung aufgezeigt werden.
Erreicht wird dies mit einem Verfahren, bei dem mehrere Nacheinspritzungen vorgenommen werden, die sich überlappen und daher hydraulisch nicht voneinander getrennt sind, sondern einen zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorgang ausbilden, und zwar in der Art, dass
- der Verschlusskörper zur Einleitung des gemeinsamen Einspritzvorganges aus der Ruheposition in eine Arbeitsposition überführt wird,
- der Verschlusskörper während des gemeinsamen Einspritzvorganges zwischen unterschiedlichen Arbeitspositionen mehrfach oszilliert, und
- der Verschlusskörper zur Beendigung des gemeinsamen Einspritzvorganges wieder in die Ruheposition überführt wird.
A method for enriching the exhaust gas of a direct injection internal combustion engine, wherein each cylinder is equipped with an injector having a movable closure body, the positively controlled in the context of injection nozzle openings for introducing fuel into the cylinder with a fuel supply system connects and thus releases, wherein the Closure body separates the nozzle openings in a rest position from the fuel supply system and connects in a working position with the fuel supply system, in which at least one post-injection is carried out, wherein the introduced by Nacheinspritzen amount of fuel .DELTA.m fuel enrich enrichment enrichment is used.
An improved method for enrichment of exhaust gas is to be shown.
This is achieved with a method in which a plurality of post-injections are performed, which overlap and are therefore not hydraulically separated from each other, but form a cohesive common injection process, in such a way that
- The closure body is transferred to initiate the common injection process from the rest position to a working position,
- The closure body during the common injection process between different working positions repeatedly oscillates, and
- The closure body is transferred to the completion of the common injection process again in the rest position.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel, wobei die mindestens einen Zylinder umfassende Brennkraftmaschine ein Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases und mindestens ein in diesem Abgasabführsystem angeordnetes Abgasnachbehandlungssystem, welches zumindest zeitweise eine Versorgung mit Reduktionsmittel erfordert, aufweist, und jeder Zylinder der Brennkraftmaschine zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen zylinderzugehörigen Brennraum mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung brennraumseitige Düsenöffnungen der Einspritzdüse zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der bewegliche Verschlusskörper die Düsenöffnungen in einer Ruheposition vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und damit versperrt und in einer Arbeitsposition mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet, bei dem nach dem Einbringen einer für die Verbrennung vorgesehenen Kraftstoffmenge Δmfuel,burn mindestens eine Nacheinspritzung vorgenommen wird, wobei die mittels Nacheinspritzen eingebrachte Kraftstoffmenge Δmfuel,enrich als Reduktionsmittel zur Abgasanreicherung verwendet wird.The invention relates to a method for enriching the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine with a reducing agent, wherein the at least one cylinder comprehensive internal combustion engine Abgasabführsystem for discharging the exhaust gas and at least one arranged in this Abgasabführsystem exhaust aftertreatment system, which at least temporarily requires a supply of reducing agent, and Each cylinder of the internal combustion engine is equipped for direct introduction of fuel into a cylinder-associated combustion chamber with an injection nozzle, which positively controls in the context of an injection combustion chamber side nozzle openings of the injection nozzle for the purpose of introducing fuel into the combustion chamber with a fuel supply system and thus releases wherein the movable closure body separates the nozzle openings in a rest position from the fuel supply system and thus obstructed and connected in a working position with the fuel supply system, in which after the introduction of an intended combustion quantity of fuel .DELTA.m fuel, burn at least one post-injection is made, wherein the injected fuel injection amount Δm fuel, enrich is used as a reducing agent for exhaust gas enrichment.
Brennkraftmaschinen werden beispielsweise als Kraftfahrzeugantriebe eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung betrifft der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d.h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine mindestens eine weitere Drehmoment-Quelle zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges umfassen, beispielsweise eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare bzw. antriebsverbundene Elektromaschine, welche anstelle der Brennkraftmaschine oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine Leistung abgibt.Internal combustion engines are used for example as motor vehicle drives. In the context of the present invention, the term internal combustion engine relates to diesel engines and gasoline engines, but also to hybrid internal combustion engines, i. Internal combustion engines, which are operated with a hybrid combustion method, and hybrid drives, which comprise at least one further torque source for driving a motor vehicle in addition to the internal combustion engine, for example a drive-connected to the engine or drive connected electric machine, which instead of the internal combustion engine or in addition to Internal combustion engine gives off power.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.In the development of internal combustion engines, efforts are constantly being made to minimize fuel consumption and reduce pollutant emissions.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Brennstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d.h. mittels Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d.h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.The problem is the fuel consumption, especially in gasoline engines. The reason for this is the principle of operation of the traditional gasoline engine, which is operated with a homogeneous fuel-air mixture, wherein the adjustment of the desired performance by changing the filling of the combustion chamber takes place, i. by quantity regulation. By adjusting a throttle valve provided in the intake tract, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve can be more or less reduced. With a constant combustion chamber volume, the air mass, i. E. the quantity will be set. However, the quantity control by means of throttle valve has thermodynamic disadvantages due to the throttle losses in the partial load range.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens besteht in der Entwicklung hybrider Brennverfahren und basiert auf der Übernahme technischer Merkmale des traditionellen dieselmotorischen Verfahrens, das charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung. Der geringe Kraftstoffverbrauch der Dieselmotoren resultiert unter anderem aus der Qualitätsregelung, bei der die Last über die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird.One approach to dethrottling the Otto engine process is to develop hybrid combustion processes based on the adoption of technical features of the traditional diesel engine process, characterized by air compression, inhomogeneous mixing, auto-ignition and quality control. The low fuel consumption of the diesel engine results, among other things, from the quality control, in which the load is controlled by the injected fuel quantity.
Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens angesehen, mit dem der Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar reduziert werden kann. In bestimmten Betriebsbereichen kommt dann eine Qualitätsregelung zum Einsatz.The injection of fuel directly into the combustion chamber of the cylinder is regarded as a suitable measure for dethrottling the Otto engine operating method, with which the fuel consumption can be significantly reduced even in gasoline engines. In certain operating areas, then a quality control is used.
Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d.h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.With the direct injection of the fuel into the combustion chamber can be realized in particular a stratified combustion chamber charge, which can contribute significantly to the dethrottling of the Otto engine operating method, since the internal combustion engine with the help of the stratified operation can be emaciated very far, which is particularly in part-load operation, i. In the lower and middle load range, when only small amounts of fuel are to be injected, it offers thermodynamic benefits.
Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.The layer charge is characterized by a very inhomogeneous combustion chamber charge which can not be characterized by a uniform air ratio, but has both lean (λ> 1) mixture parts and rich (λ <1) mixture parts, wherein in the region of the ignition device an ignitable fuel air Mixture with comparatively high fuel concentration is present.
Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund dafür, dass die vom dieselmotorischen Verfahren her bekannten Partikelemissionen beim direkteinspritzenden Ottomotor ebenfalls von Relevanz sind, wohingegen diese Emissionen beim traditionellen Ottomotor nahezu keine Bedeutung haben.The inhomogeneity of the fuel-air mixture is also a reason that the known from the diesel engine process particle emissions in direct-injection gasoline engine are also relevant, whereas these emissions have almost no significance in traditional gasoline engine.
Eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.A direct injection internal combustion engine is also the subject of the present invention.
Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung einschließlich der Verdampfung, sowie die Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung. For the injection of the fuel, the mixture preparation in the combustion chamber, namely the mixing of air and fuel and the treatment including the evaporation, and the ignition of the treated mixture is comparatively little time available.
Da durch die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines zünd- und brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht, sind direkteinspritzende Brennkraftmaschinen wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, als herkömmliche Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung.Since the direct injection of the fuel into the combustion chamber only little time for the preparation of an ignitable and combustible fuel-air mixture available direct injection internal combustion engines are much more sensitive to changes and deviations in the mixture formation, especially in the injection, as conventional internal combustion engines with manifold injection.
Grundsätzlich wird angestrebt, den im Rahmen einer Einspritzung in den Zylinder eingebrachten Kraftstoff in der zur Verfügung stehenden Zeit möglichst weiträumig und gleichmäßig im Brennraum zu verteilen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch vor Initiierung der Zündung weitestgehend zu homogenisieren. Dies beeinflusst die Verbrennung und die Bildung der Schadstoffe in vorteilhafter Weise, insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß, und senkt darüber hinaus den Kraftstoffverbrauch.In principle, the aim is to distribute the fuel introduced into the cylinder within the scope of an injection as far as possible and evenly in the combustion chamber in the available time, and to homogenize the fuel-air mixture as far as possible before initiating the ignition. This advantageously affects the combustion and the formation of the pollutants, in particular the emissions of unburned hydrocarbons and soot, and also reduces fuel consumption.
Bei einem direkteinspritzenden Ottomotor wird die Gemischbildung zusätzlich dadurch erschwert, dass zur Einleitung der Fremdzündung eine Zündeinrichtung, beispielsweise eine Zündkerze, vorzusehen ist, und die Einspritzdüse auf die Zündeinrichtung abgestimmt im Brennraum anzuordnen ist. Aufgrund des sehr begrenzten Platzangebots wird die Einspritzdüse häufig außermittig, d.h. beabstandet zur Längsachse des Zylinders im Zylinderkopf angeordnet.In a direct injection gasoline engine, the mixture formation is further complicated by the fact that the initiation of the spark ignition an ignition device, such as a spark plug, is to be provided, and the injection nozzle is tuned to the ignition in the combustion chamber to arrange. Due to the very limited space available, the injector often becomes off-centered, i. spaced from the longitudinal axis of the cylinder arranged in the cylinder head.
Zur Verbesserung der Gemischbildung bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen sind weitere Maßnahmen erforderlich.To improve the mixture formation in direct-injection internal combustion engines further measures are required.
Nach dem Stand der Technik werden Brennkraftmaschinen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen mit verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen ausgestattet.In the prior art, internal combustion engines are equipped with various exhaust aftertreatment systems to reduce pollutant emissions.
Bei Ottomotoren kommen katalytische Reaktoren zum Einsatz, die unter Verwendung katalytischer Materialien, welche die Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen erhöhen, eine Oxidation von HC und CO auch bei niedrigen Temperaturen sicherstellen. Sollen zusätzlich Stickoxide NOx reduziert werden, kann dies durch den Einsatz eines Dreiwegekatalysators erreicht werden, der dazu aber einen in engen Grenzen ablaufenden stöchiometrischen Betrieb (λ ≈ 1) des Ottomotors erfordert. Dabei werden die Stickoxide NOx mittels der vorhandenen nicht oxidierten Abgaskomponenten, nämlich den Kohlenmonoxiden CO und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, reduziert, wobei gleichzeitig diese Abgaskomponenten oxidiert werden.In gasoline engines, catalytic reactors are used which, using catalytic materials which increase the speed of certain reactions, ensure oxidation of HC and CO even at low temperatures. If, in addition, nitrogen oxides NO x are to be reduced, this can be achieved by using a three-way catalytic converter, which, however, requires a narrow-flow stoichiometric operation (λ≈1) of the gasoline engine. In this case, the nitrogen oxides NO x are reduced by means of the existing unoxidized exhaust gas components, namely the carbon monoxide CO and the unburned hydrocarbons HC, wherein at the same time these exhaust gas components are oxidized.
Üblicherweise und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Luftverhältnis λ definiert als das Verhältnis der dem mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine tatsächlich zugeführten Luftmasse zu der stöchiometrischen Luftmasse, welche erforderlich wäre, um die dem mindestens einen Zylinder zugeführte Kraftstoffmasse gerade vollständig zu oxidieren (λstöch = 1).Usually and in the context of the present invention, the air ratio λ is defined as the ratio of the air mass actually supplied to the at least one cylinder of the internal combustion engine to the stoichiometric air mass which would be required to completely oxidize the fuel mass supplied to the at least one cylinder (λ stöch = 1).
Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Luftüberschuss betrieben werden, beispielsweise direkteinspritzende Dieselmotoren oder direkteinspritzende Ottomotoren, können die im Abgas befindlichen Stickoxide NOx prinzipbedingt, d.h. aufgrund der fehlenden Reduktionsmittel nicht reduziert werden.In internal combustion engines which are operated with an excess of air, for example direct injection diesel engines or direct injection gasoline engines, the nitrogen oxides NO x present in the exhaust gas can in principle not be reduced due to the lack of reducing agents.
Infolgedessen muss ein Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide vorgesehen werden, beispielsweise ein Speicherkatalysator, der auch als LNT bezeichnet wird. Dabei werden die Stickoxide zunächst während eines mageren Betriebs (λ > 1) der Brennkraftmaschine im Katalysator adsorbiert, d.h. gesammelt und gespeichert, um dann während einer Regenerationsphase beispielsweise mittels eines unterstöchiometrischen Betriebs (λ < 1) der Brennkraftmaschine bei Sauerstoffmangel reduziert zu werden, wobei die im Abgas befindlichen unverbrannten Kohlenwasserstoffe HC und das Kohlenmonoxid CO als Reduktionsmittel dienen.As a result, an exhaust aftertreatment system for reducing nitrogen oxides must be provided, for example, a storage catalyst, also referred to as LNT. The nitrogen oxides are first adsorbed in the catalyst during lean operation (λ> 1) of the internal combustion engine, i. collected and stored, to then be reduced during a regeneration phase, for example by means of a substoichiometric operation (λ <1) of the internal combustion engine with lack of oxygen, the unburned hydrocarbons HC and the carbon monoxide CO serving as reducing agent in the exhaust.
Weitere innermotorische Möglichkeiten zur Anreicherung des Abgases mit Reduktionsmittel, insbesondere mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen, bieten die Abgasrückführung (AGR) und die Drosselung der Ladeluft im Ansaugsystem. Beide Maßnahmen vermindern die durch die Brennkraftmaschine hindurchgeführte Ladeluftmasse bzw. Frischluftmasse und verringern dadurch das Luftverhältnis λ. Es erfolgt eine Anfettung durch Verminderung der bereitgestellten Luftmasse.Further internal engine possibilities for enriching the exhaust gas with reducing agent, in particular with unburned hydrocarbons, provide the exhaust gas recirculation (EGR) and the throttling of the charge air in the intake system. Both measures reduce the guided through the internal combustion engine charge air mass or fresh air mass and thereby reduce the air ratio λ. It is enriched by reducing the air mass provided.
Hinsichtlich des unterstöchiometrischen Betriebs (λ < 1) der Brennkraftmaschine, d.h. der Anfettung, muss berücksichtigt werden, dass die Einleitung und Aufrechterhaltung eines unterstöchiometrischen Betriebs nicht immer oder nur unter Einschränkungen realisiert werden kann. Die Gründe hierfür sind vielfältiger Art und variieren in Abhängigkeit von der momentanen Last, mit welcher die Brennkraftmaschine betrieben wird.With respect to the stoichiometric operation (λ <1) of the internal combustion engine, i. enrichment, it must be borne in mind that the initiation and maintenance of sub-stoichiometric operation can not always or only with restrictions be realized. The reasons for this are manifold and vary depending on the instantaneous load with which the internal combustion engine is operated.
Bei niedrigen Lasten kann eine stabile Verbrennung bei einem fetten Betrieb nicht sichergestellt werden, insbesondere bei Einsatz einer Kompressionszündung. Es kann zu Zündaussetzern bzw. einer nur unvollständigen Verbrennung des Gemisches kommen. Die Folge ist eine unerwünscht hohe Schadstoffemission, insbesondere an unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC. Im mittleren Lastbereich erfolgt häufig eine Laständerung. Die transienten Betriebsbedingungen erschweren die Aufrechterhaltung eines konstanten Luftverhältnisses und machen eine Anfettung im Einzelfall unmöglich. Im Bereich höherer, hoher und höchster Lasten wird ein unterstöchiometrischer Betrieb in der Regel durch die maximal zulässige Abgastemperatur reglementiert, wobei die Abgastemperatur häufig durch im Abgasabführsystem vorgesehene Bauteile bzw. deren thermische Belastbarkeit begrenzt wird, beispielweise durch die Turbine eines Abgasturboladers, ein Abgasnachbehandlungssystem oder die Abgasrückführung. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass die Abgastemperatur in der Regel bei einer Anfettung zunimmt.At low loads, stable combustion in rich operation can not be ensured, especially when using compression ignition. It can lead to misfires or incomplete combustion of the mixture. The result is an undesirably high pollutant emission, in particular unburned hydrocarbons HC. In the middle load range often a load change occurs. The transient operating conditions make it difficult to maintain a constant air ratio and make individual enrichment impossible. In the range of higher, higher and highest loads, a stoichiometric operation is usually regulated by the maximum permissible exhaust gas temperature, the exhaust gas temperature is often limited by provided in Abgasabführsystem components or their thermal capacity is limited, for example by the turbine of an exhaust gas turbocharger, an exhaust aftertreatment system or the exhaust gas recirculation. It should be noted in this context that the exhaust gas temperature usually increases when enriched.
Eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen, auch HC-Anreicherung genannt, kann auch mittels Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine realisiert werden. Dabei soll der nacheingespritzte Kraftstoff nicht im Brennraum durch die noch ablaufende Hauptverbrennung oder aber durch die - auch nach Beendigung der Hauptverbrennung - hohen Verbrennungsgastemperaturen gezündet werden, sondern während des Ladungswechsels unverbrannt in das Abgasabführsystem stromaufwärts des Katalysators eingeleitet werden.An enrichment of the exhaust gas with unburned hydrocarbons, also called HC enrichment, can also be realized by means of post-injection of additional fuel into at least one cylinder of the internal combustion engine. In this case, the nacheingespritzte fuel should not be ignited in the combustion chamber by the still running main combustion or by - even after completion of the main combustion - high combustion gas temperatures, but are introduced unburned during the charge exchange in the Abgasabführsystem upstream of the catalyst.
Ein Verfahren zur Anreicherung des Abgases mittels Nacheinspritzung ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wobei die mittels Nacheinspritzen eingebrachte Kraftstoffmenge Δmfuel,enrich als Reduktionsmittel zur Abgasanreicherung verwendet wird.A method for enriching the exhaust gas by means of post-injection is also an object of the present invention, wherein the introduced by Nacheinspritzen fuel amount .DELTA.m fuel, enrich is used as a reducing agent for exhaust gas enrichment.
Brennkraftmaschinen, die von einer Nacheinspritzung Gebrauch machen, sind von Hause aus anfällig für eine Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe. In Abhängigkeit von der Quantität des nacheingespritzten Kraftstoffes und dem Einspritzzeitpunkt, gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil des nacheingespritzten Kraftstoffes auf die Zylinderinnenwand, mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm und trägt so zur Ölverdünnung bei.Internal combustion engines utilizing post-injection are inherently susceptible to dilution or contamination of the oil by unburned hydrocarbons. Depending on the quantity of the nacheingespritzten fuel and the injection timing, passes a more or less large proportion of the nacheingespritzten fuel on the cylinder inner wall, where it mixes with the adhering oil film and thus contributes to the oil dilution.
In der Praxis wird versucht, die Wandbenetzung und die damit verbundene Ölverdünnung zu vermeiden bzw. zu vermindern, indem man die Eindringtiefe der Einspritzstrahlen während des Nacheinspritzens verkleinert. Die Eindringtiefe lässt sich über den Kraftstoffdruck vor dem Einspritzventil, dem sogenannten Raildruck, steuern und durch Verringerung bzw. Beschränkung der Kraftstoffmasse bzw. des Kraftstoffmassenstroms reduzieren, wobei sich der Massenstrom via geöffneter Düsenöffnung dadurch absenken lässt, dass die Öffnungsdauer verkürzt wird, d.h. die Düsenöffnung wieder geschlossen wird, bevor der Massenstrom zu stark anwächst bzw. zunimmt (siehe auch
Die deutsche Offenlegungsschrift
Das in der
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Ein Speicherkatalysator ist nur ein Beispiel für ein Abgasnachbehandlungssystem, das zumindest zeitweise eine Versorgung mit Reduktionsmittel erfordert. Anstelle eines Speicherkatalysators oder zusätzlich zu einem Speicherkatalysator kann zur Reduzierung der Stickoxide auch ein selektiver Katalysator, der auch als SCR-Katalysator bezeichnet wird, vorgesehen werden. Hinsichtlich der Versorgung mit Reduktionsmittel gilt das für den Speicherkatalysator Gesagte. Als Reduktionsmittel kommen neben unverbrannten Kohlenwasserstoffen auch Ammoniak NH3 und Harnstoff zum Einsatz, um die Stickoxide selektiv zu vermindern. Letztgenannte Reduktionsmittel werden gezielt in das Abgas eingebracht, d.h. direkt in das Abgasabführsystem. Aufgrund der Toxizität von Ammoniak und der Tatsache, dass bei einer Funktionsstörung eines SCR-Katalysators nicht nur Stickoxide, sondern auch Ammoniak in die Umgebung gelangt, ist es aber vorteilhafter, Kraftstoff als Reduktionsmittel zu verwenden. Ein zusätzliches Behältnis zur Bevorratung von Reduktionsmittel entfällt, wenn Kraftstoff zur Reduktion verwendet wird.A storage catalyst is just one example of an exhaust aftertreatment system that requires, at least temporarily, a supply of reductant. Instead of a storage catalytic converter or in addition to a storage catalytic converter, a selective catalytic converter, which is also referred to as an SCR catalytic converter, can be provided to reduce the nitrogen oxides. With regard to the supply of reducing agent, what has been said for the storage catalytic converter applies. The reducing agents used in addition to unburned hydrocarbons and ammonia NH 3 and urea to selectively reduce the nitrogen oxides. The latter reducing agents are introduced specifically into the exhaust gas, ie directly into the Abgasabführsystem. However, due to the toxicity of ammonia and the fact that not only nitrogen oxides but also ammonia enter the environment in the event of a malfunction of an SCR catalyst, it is more advantageous to use fuel as a reducing agent. An additional container for storing reducing agent is omitted when fuel is used for reduction.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen.Against the background of the above, it is the object of the present invention to provide an improved method for enriching the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine with a reducing agent according to the preamble of claim 1.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel, wobei die mindestens einen Zylinder umfassende Brennkraftmaschine ein Abgasabführsystem zum Abführen des Abgases und mindestens ein in diesem Abgasabführsystem angeordnetes Abgasnachbehandlungssystem, welches zumindest zeitweise eine Versorgung mit Reduktionsmittel erfordert, aufweist, und jeder Zylinder der Brennkraftmaschine zum direkten Einbringen von Kraftstoff in einen zylinderzugehörigen Brennraum mit einer Einspritzdüse ausgestattet ist, die über einen beweglichen Verschlusskörper verfügt, der zwangsgesteuert im Rahmen einer Einspritzung brennraumseitige Düsenöffnungen der Einspritzdüse zwecks Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum mit einem Kraftstoffversorgungssystem verbindet und damit freigibt, wobei der bewegliche Verschlusskörper die Düsenöffnungen in einer Ruheposition vom Kraftstoffversorgungssystem trennt und damit versperrt und in einer Arbeitsposition mit dem Kraftstoffversorgungssystem verbindet, bei dem nach dem Einbringen einer für die Verbrennung vorgesehenen Kraftstoffmenge Δmfuel,burn mindestens eine Nacheinspritzung vorgenommen wird, wobei die mittels Nacheinspritzen eingebrachte Kraftstoffmenge Δmfuel,enrich als Reduktionsmittel zur Abgasanreicherung verwendet wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere Nacheinspritzungen vorgenommen werden, die sich überlappen und daher hydraulisch nicht voneinander getrennt sind, sondern einen zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorgang ausbilden, und zwar in der Art, dass
- - der bewegliche Verschlusskörper zur Einleitung des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges aus der Ruheposition in eine Arbeitsposition überführt wird,
- - der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges zwischen unterschiedlichen Arbeitspositionen mehrfach oszilliert, und
- - der bewegliche Verschlusskörper zur Beendigung des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges wieder in die Ruheposition überführt wird.
- - The movable closure body is transferred to initiate the cohesive joint injection process from the rest position to a working position,
- - The movable closure body during the cohesive common injection process between different working positions repeatedly oscillates, and
- - The movable closure body is transferred to the completion of the coherent common injection process again in the rest position.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere Nacheinspritzungen vorgenommen, die sich überlappen. Die erfindungsgemäße Serie von Nacheinspritzungen bildet einen zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorgang, wobei sich der bewegliche Verschlusskörper nur zu Beginn und am Ende des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges in der Ruheposition befindet. Während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges nimmt der bewegliche Verschlusskörper unterschiedliche Arbeitspositionen ein, zwischen denen der Verschlusskörper mehrfach oszilliert. D.h. die Nacheinspritzungen der erfindungsgemäßen Serie sind hydraulisch nicht voneinander getrennt, sondern vielmehr hydraulisch miteinander verbunden. Der Kraftstoffstrom in den Zylinder wird während des Nacheinspritzens erhöht und vermindert, aber nie unterbrochen, d.h. auf null abgesenkt. According to the method of the invention, several post-injections are made which overlap. The series of post-injections according to the invention forms a cohesive joint injection process, wherein the movable closure body is in the rest position only at the beginning and at the end of the cohesive joint injection process. During the coherent common injection process, the movable closure body assumes different working positions, between which the closure body oscillates several times. That is, the post-injections of the series according to the invention are not hydraulically separated from each other, but rather are hydraulically connected to each other. The fuel flow into the cylinder is increased and decreased during the post-injection, but never interrupted, ie lowered to zero.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abgasanreicherung lässt sich in einem vergleichsweise kurzen Einspritzfenster eine vergleichsweise große Kraftstoffmenge in einen Zylinder einbringen und dies bei gleichzeitiger Begrenzung des Kraftstoffmassenstroms.With the method according to the invention for enrichment of the exhaust gas, a comparatively short fuel quantity can be introduced into a cylinder in a comparatively short injection window and this while the fuel mass flow is limited.
Der oszillierende Verschlusskörper sorgt dafür, dass der Massenstrom via die freigegebenen Düsenöffnungen abgesenkt wird, bevor dieser zu stark anwächst, d.h. zu groß wird. Dadurch lässt sich die Eindringtiefe der Einspritzstrahlen während des Nacheinspritzens verkleinern bzw. begrenzen. Infolgedessen wird eine Wandbenetzung und eine damit verbundene Ölverdünnung vermieden bzw. vermindert, wodurch auch die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen deutlich gesenkt werden.The oscillating closure body ensures that the mass flow is lowered via the released nozzle openings before it grows too much, i. gets too big. As a result, the penetration depth of the injection jets during post-injection can be reduced or limited. As a result, wall wetting and associated oil dilution is avoided or reduced, thereby significantly reducing emissions of unburned hydrocarbons as well.
Der oszillierende Verschlusskörper hat einen schwankenden Massenstrom zur Folge, der wiederum dazu führt, dass der Kraftstoff mit einer sich ändernden Geschwindigkeit aus der Einspritzdüse via Düsenöffnung in den Brennraum eintritt. Kraftstoffmassen bzw. Kraftstofftröpfchen unterschiedlicher Geschwindigkeit kollidieren im Brennraum miteinander, wodurch die Homogensierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, insbesondere die Zerstäubung und die Verdampfung, vorangetrieben, d.h. unterstützt wird.The oscillating closure body results in a fluctuating mass flow, which in turn causes the fuel to enter the combustion chamber via the nozzle opening at a changing speed from the injection nozzle. Fuel masses or fuel droplets of different speed collide with each other in the combustion chamber, whereby the homogenization of the fuel-air mixture, in particular the atomization and the evaporation, driven forward, i. is supported.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst, nämlich ein verbessertes Verfahren zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt.With the method according to the invention, the object underlying the invention is achieved, namely an improved method for enriching the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine with a reducing agent according to the preamble of claim 1.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Nacheinspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine, vorzugsweise in jeden Zylinder der Brennkraftmaschine.According to the invention, additional injection of additional fuel takes place in at least one cylinder of the internal combustion engine, preferably in each cylinder of the internal combustion engine.
Das Kraftstoffversorgungssystem kann eine Pumpe, ein Vorratsbehältnis, d.h. einen Kraftstoffspeicher, und/oder eine Kraftstoffleitung, beispielsweise die gemeinsame Versorgungsleitung eines Common-Rail-Systems, umfassen. Dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf das Trennen vom Kraftstoffversorgungssystem abgestellt wird, ist dadurch begründet, dass zum Beenden des Einspritzvorganges die Öffnungen regelmäßig nicht im eigentlichen Sinne geschlossen, sondern häufig nur von der Kraftstoffversorgung getrennt werden.The fuel supply system may include a pump, a storage container, i. a fuel storage, and / or a fuel line, for example, the common supply line of a common rail system include. That is based in the context of the present invention on the separation of the fuel supply system, is justified by the fact that to complete the injection process, the openings are not closed regularly in the strict sense, but often only separated from the fuel supply.
Der Verschlusskörper, beispielsweise die kugelförmige Spitze einer Düsennadel, kann elektromagnetisch, piezoelektrisch oder auf andere Weise betätigt, d.h. bewegt und von einer Position in eine andere Position überführt werden, wobei der Verschlusskörper regelmäßig mehrere Arbeitspositionen einnehmen kann. Dabei muss der Verschlusskörper nicht zwangsläufig translatorisch verschoben werden. Ein andersartiger, beispielsweise nicht geradliniger Verschiebeweg des Verschlusskörpers ist im Einzelfall möglich.The closure body, for example the spherical tip of a nozzle needle, may be actuated electromagnetically, piezoelectrically or otherwise, i. moved and transferred from one position to another position, the closure body can take several working positions regularly. The closure body does not necessarily have to be translationally displaced. A different, for example non-linear displacement of the closure body is possible in individual cases.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are discussed in connection with the subclaims.
Zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder ein Kolben zugeordnet ist, der zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT oszilliert und dabei eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Abgasanreicherung durchgeführt wird, wenn der Kolben sich nach der Einleitung der Verbrennung in einem Kurbelwinkelfenster zwischen 110°KW nach OTund 160°KW nach OTbefindet.For enriching the exhaust gas of a direct injection internal combustion engine in which each cylinder is associated with a piston which oscillates between a top dead center OT and a bottom dead center UT, thereby rotating a crankshaft of the internal combustion engine, embodiments of the method are advantageous, which are characterized that the exhaust gas enrichment is carried out when the piston is in a crank angle window between 110 ° CA after TDC and 160 ° CA after TDC after initiation of combustion.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abgasanreicherung durchgeführt wird, wenn der Kolben sich nach der Einleitung der Verbrennung in einem Kurbelwinkelfenster zwischen 120°KW nach OT und 150°KW nach OT befindet.Advantageous in this connection are embodiments of the method in which the exhaust gas enrichment is carried out when the piston is located after the initiation of combustion in a crank angle window between 120 ° CA to TDC and 150 ° CA to TDC.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abgasanreicherung durchgeführt wird, wenn der Kolben sich nach der Einleitung der Verbrennung in einem Kurbelwinkelfenster zwischen 120°KW nach OT und 140°KW nach OT bzw. zwischen 125°KW nach OT und 135°KW befindet.Advantageous embodiments of the method in which the exhaust gas enrichment is performed when the piston is after the initiation of combustion in a crank angle window between 120 ° CA to TDC and 140 ° CA to TDC or between 125 ° CA to TDC and 135 ° CA. located.
Zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, die im Rahmen eines Ladungswechsels für eine Öffnungsdauer Δtmax geöffnet wird, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Abgasanreicherung durchgeführt wird, wenn die mindestens eine Auslassöffnung geschlossen ist. For enrichment of the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine in which each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem which is opened in the context of a charge exchange for an opening duration .DELTA.t max , embodiments of the method are advantageous, which are characterized in that the exhaust gas enrichment is performed when the at least one outlet opening is closed.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Abgasanreicherung eingeleitet wird, wenn die mindestens eine Auslassöffnung geschlossen ist.Also advantageous in this connection are embodiments of the method in which the exhaust gas enrichment is initiated when the at least one outlet opening is closed.
Zur Anreicherung des Abgases einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem aufweist, die im Rahmen eines Ladungswechsels für eine Öffnungsdauer Δtmax geöffnet wird, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Abgasanreicherung durchgeführt wird, wenn die mindestens eine Auslassöffnung geöffnet ist.For enrichment of the exhaust gas of a direct-injection internal combustion engine in which each cylinder has at least one outlet opening for discharging the exhaust gases via Abgasabführsystem which is opened in the context of a charge exchange for an opening duration .DELTA.t max , embodiments of the method are advantageous, which are characterized in that the exhaust gas enrichment is performed when the at least one outlet opening is opened.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges in der Weise gesteuert wird, dass ein vorgebbarer maximaler Kraftstoffmassenstrom (Δmfuel/Δt)max nicht überschritten wird.Advantageous embodiments of the method in which the movable closure body is controlled during the cohesive joint injection process in such a way that a predetermined maximum fuel mass flow (.DELTA.m fuel / At) max is not exceeded.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der maximale Kraftstoffmassenstrom (Δmfuel/Δt)max unter Berücksichtigung einer Eindringtiefe eines aus einer Düsenöffnung austretenden und in den Brennraum eindringenden Kraftstoffstrahls festgelegt wird.In this context, embodiments of the method are advantageous in which the maximum fuel mass flow (Δm fuel / Δt) max is determined taking into account a penetration depth of a fuel jet emerging from a nozzle opening and entering the combustion chamber.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Kraftstoffmassenstrom Δmfuel/Δt mittels Oszillation des beweglichen Verschlusskörpers während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges mehrfach variiert wird, d.h. mindestens zweimal variiert wird.Also advantageous in this context are embodiments of the method in which the fuel mass flow .DELTA.m fuel / .DELTA.t is varied several times by means of oscillation of the movable closure body during the coherent common injection process, that is at least twice varied.
Je stärker die Variation des Kraftstoffmassenstroms ist, desto ausgeprägter bzw. heftiger ist die Kollision der Kraftstoffteilchen bzw. der Kraftstoffmassen im Brennraum und der Effekt, der erfindungsgemäß damit erzielt werden soll bzw. beabsichtigt ist.The stronger the variation in the fuel mass flow, the more pronounced or violent is the collision of the fuel particles or the fuel masses in the combustion chamber and the effect which is intended or intended to be achieved according to the invention.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang des Weiteren Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Kraftstoffmassenstrom Δmfuel/Δt unter Verwendung des beweglichen Verschlusskörpers während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges in einer vorgebbaren Weise modelliert wird. Gemäß dieser Verfahrensvariante wird der Verlauf des Massenstroms Δmfuel/Δt über der Zeit t bzw. über der Einspritzdauer beliebig, d.h. frei gestaltet.In this connection, further advantageous embodiments of the method are those in which the fuel mass flow Δm fuel / Δt is modeled in a predeterminable manner using the movable closure body during the coherent common injection process. According to this variant of the method, the course of the mass flow Δm fuel / Δt over the time t or over the injection duration is arbitrarily, ie freely designed.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und des Oszillierens mindestens fünfmal die Richtung seiner Bewegung ändert.Embodiments of the method in which the movable closure body changes the direction of its movement at least five times during the cohesive common injection process and the oscillation are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und des Oszillierens mindestens siebenmal die Richtung seiner Bewegung ändert.Embodiments of the method in which the movable closure body changes the direction of its movement at least seven times during the coherent joint injection process and the oscillation are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und des Oszillierens mindestens neunmal die Richtung seiner Bewegung ändert.Embodiments of the method in which the movable closure body changes the direction of its movement at least nine times during the cohesive common injection process and the oscillation are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und des Oszillierens mindestens elfmal bzw. mindestens dreizehnmal die Richtung seiner Bewegung ändert.Embodiments of the method in which the movable closure body changes the direction of its movement at least eleven times or at least thirteen times during the cohesive common injection process and during the oscillation are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der bewegliche Verschlusskörper während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und des Oszillierens translatorisch verschoben wird.Advantageous embodiments of the method in which the movable closure body is displaced translationally during the coherent common injection process and the oscillating.
Bei einer nach innen öffnenden Einspritzdüse wird regelmäßig eine Düsennadel translatorisch verschoben, um einen am brennraumseitigen Ende der Düsenadel angeordneten Verschlusskörper aus der Ruheposition in eine Arbeitsposition zu überführen und umgekehrt. In der Arbeitsposition gibt der Verschlusskörper häufig ein Sackloch frei und verbindet damit die vom Sackloch ausgehenden Kanäle der Düsenöffnungen mit dem Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine.In the case of an injection nozzle which opens inward, a nozzle needle is regularly displaced translationally in order to transfer a closure body arranged at the combustion chamber end of the nozzle needle from the rest position into a working position and vice versa. In the working position, the closure body often releases a blind hole and thus connects the outgoing of the blind hole channels of the nozzle openings with the fuel supply system of the internal combustion engine.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Einspritzdüse mit einer in Richtung einer Längsachse in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel an einem freien Ende mit dem beweglichen Verschlusskörper verbunden ist.Also advantageous are embodiments of the method in which the injection nozzle is equipped with a displaceable in the direction of a longitudinal axis in a nozzle needle guide nozzle needle, wherein the nozzle needle is connected at a free end to the movable closure body.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide ein Speicherkatalysator verwendet wird. Es wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.Advantageous embodiments of the method, in which as the exhaust aftertreatment system for reducing the nitrogen oxides Storage catalyst is used. Reference is made to the statements already made.
Während der Regenerationsphase werden die Stickoxide (NOx) freigegeben und im Wesentlichen in Stickstoffdioxid (N2), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) umgewandelt. Die Temperatur des Speicherkatalysators sollte vorzugsweise in einem Temperaturfenster zwischen 200°C und 450°C liegen, so dass einerseits eine schnelle Reduktion sichergestellt wird und andererseits keine Desorption ohne Konvertierung der wieder freigegebenen Stickoxide NOx stattfindet, was durch zu hohe Temperaturen ausgelöst werden kann.During the regeneration phase, the nitrogen oxides (NO x ) are released and essentially converted into nitrogen dioxide (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). The temperature of the storage catalyst should preferably be in a temperature window between 200 ° C and 450 ° C, so that on the one hand a rapid reduction is ensured and on the other hand no desorption takes place without converting the re-released nitrogen oxides NO x , which can be triggered by excessive temperatures.
Eine Schwierigkeit bei Verwendung eines Speicherkatalysators ergibt sich aus dem im Abgas enthaltenen Schwefel, der ebenfalls adsorbiert wird und im Rahmen einer sogenannten Entschwefelung regelmäßig entfernt werden muss. Hierfür muss der Speicherkatalysator auf hohe Temperaturen, üblicherweise zwischen 600°C und 700°C, erwärmt und mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise unverbrannten Kohlenwasserstoffen, versorgt werden.One difficulty with the use of a storage catalyst results from the sulfur contained in the exhaust gas, which is also adsorbed and must be removed regularly in a so-called desulfurization. For this purpose, the storage catalytic converter must be heated to high temperatures, usually between 600 ° C. and 700 ° C., and supplied with a reducing agent, for example unburned hydrocarbons.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Abgasnachbehandlungssystem zur Reduzierung der Stickoxide ein selektiver Katalysator verwendet wird. Es wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.Embodiments of the method in which a selective catalyst is used as the exhaust aftertreatment system for reducing the nitrogen oxides are advantageous. Reference is made to the statements already made.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Abgasnachbehandlungssystem, welches zumindest zeitweise eine Versorgung mit Reduktionsmittel erfordert, ein im Abgasabführsystem angeordneter Partikelfilter verwendet wird. Es wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.Embodiments of the method are advantageous in which a particulate filter arranged in the exhaust-gas removal system is used as the exhaust-gas aftertreatment system, which at least temporarily requires a supply of reducing agent. Reference is made to the statements already made.
Zur Minimierung der Emission von Rußpartikeln lassen sich sogenannte regenerative Partikelfilter einsetzen, die die Rußpartikel aus dem Abgas herausfiltern und speichern, wobei diese Rußpartikel im Rahmen einer Regeneration des Filters intermittierend verbrannt werden. Hierzu ist Sauerstoff bzw. ein Luftüberschuss im Abgas erforderlich, um den Ruß im Filter zu oxidieren, was beispielsweise durch einen überstöchiometrischen Betrieb (λ > 1) der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.In order to minimize the emission of soot particles, so-called regenerative particle filters can be used which filter out and store the soot particles from the exhaust gas, wherein these soot particles are intermittently burned as part of a regeneration of the filter. For this purpose, oxygen or an excess of air in the exhaust gas is required to oxidize the soot in the filter, which can be achieved for example by a superstoichiometric operation (λ> 1) of the internal combustion engine.
Die zur Regeneration des Partikelfilters hohen Temperaturen von etwa 550°C bei nicht vorhandener katalytischer Unterstützung werden im Betrieb nur bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen erreicht. Daher muss auf zusätzliche Maßnahmen zurückgegriffen werden, um eine Regeneration des Filters unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.The high temperatures of about 550 ° C for regeneration of the particulate filter in the absence of catalytic support are achieved in operation only at high loads and high speeds. Therefore, additional measures must be used to ensure regeneration of the filter under all operating conditions.
Die Erwärmung des Partikelfilters kann durch Nacheinspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in den Brennraum erfolgen, wobei der nacheingespritzte Kraftstoff vorliegend nicht im Brennraum, sondern vielmehr im Abgasabführsystem oxidiert bzw. verbrannt wird, so dass die Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters bzw. im Partikelfilter angehoben wird.The heating of the particulate filter can be done by post injection of additional fuel into the combustion chamber, wherein the nacheingespritzte fuel is not oxidized or burned in the combustion chamber, but rather in the Abgasabführsystem, so that the exhaust gas temperature is raised upstream of the particulate filter or in the particulate filter.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Einspritzdüse über mindestens fünf oder über mindestens sechs bzw. über mindestens sieben oder über mindestens acht brennraumseitige Düsenöffnungen verfügt. Je mehr Öffnungen vorgesehen werden, desto weiträumiger lässt sich der Kraftstoff im Brennraum verteilen und desto effektiver lässt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch homogenisieren.Embodiments in which the injection nozzle has at least five or at least six or at least seven or at least eight combustion chamber-side nozzle openings are advantageous. The more openings are provided, the more spacious the fuel can be distributed in the combustion chamber and the more effectively the fuel-air mixture can be homogenized.
Die Anzahl der Düsenöffnungen hängt auch von der Kraftstoffmenge ab, die in einen Zylinder einzubringen ist, insbesondere aber auch von der Einbaulage der Einspritzdüse im Zylinder und der Geometrie des Brennraums im Einzelfall.The number of nozzle openings also depends on the amount of fuel that is to be introduced into a cylinder, but in particular also on the installation position of the injection nozzle in the cylinder and the geometry of the combustion chamber in the individual case.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels Selbstzündung initiiert wird.Advantageous embodiments of the method in which the ignition of the fuel-air mixture is initiated by means of auto-ignition.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels Fremdzündung initiiert wird.Embodiments of the method may also be advantageous in which the ignition of the fuel-air mixture is initiated by means of spark ignition.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten und gemäß den
-
1a in einem Diagramm den Massenstrom Δmfuel/Δt über der Zeit t für ein Verfahren zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff mittels Nacheinspritzen gemäß dem Stand der Technik, -
1b in einem Diagramm den Massenstrom Δmfuel/Δt über der Zeit t für ein Verfahren zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff mittels Nacheinspritzen gemäß derDE 10 2005 054 387 A1 -
2a in einem Diagramm den Massenstrom Δmfuel/Δt über der Zeit t gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff mittels Nacheinspritzen, -
2b in einem Diagramm den Massenstrom Δmfuel/Δt über der Zeit t gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff mittels Nacheinspritzen, und -
2c in einem Diagramm den Massenstrom Δmfuel/Δt über der Zeit t gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anreicherung des Abgases mit Kraftstoff mittels Nacheinspritzen.
-
1a in a diagram, the mass flow Δm fuel / At over time t for a method for enriching the exhaust gas with fuel by means of post-injection according to the prior art, -
1b in a diagram, the mass flow .DELTA.m fuel / .DELTA.t over the time t for a method for enriching the exhaust gas with fuel by means of post-injection according to theDE 10 2005 054 387 A1 -
2a in a diagram the mass flow Δm fuel / Δt over the time t according to a first embodiment of the method according to the invention for enriching the exhaust gas with fuel by means of post-injection, -
2 B in a diagram, the mass flow .DELTA.m fuel / .DELTA.t over time t according to a second embodiment of the inventive method for enriching the exhaust gas with fuel by means of post-injection, and -
2c in a diagram, the mass flow Δm fuel / At over time t according to a third embodiment of the method according to the invention for enriching the exhaust gas with fuel by means of post-injection.
Die
Bei der vorausgehenden Verbrennung wird Kraftstoff verbrannt, der im Rahmen einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung in den Brennraum eingebracht wurde.In the preceding combustion, fuel is burned which has been introduced into the combustion chamber as part of a pre-injection, a main injection and a post-injection.
Gemäß der in
Der bewegliche Verschlusskörper der verwendeten Einspritzdüse oszilliert während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und ändert während des Oszillierens siebenmal die Richtung seiner Bewegung.The movable closure body of the injector used oscillates during the cohesive joint injection process and changes the direction of its movement seven times during oscillation.
Mittels der vier sich überlappenden Nacheinspritzungen wird eine nahezu gleichgroße Kraftstoffmenge wie mit dem in
Gemäß der in
Der bewegliche Verschlusskörper der verwendeten Einspritzdüse oszilliert während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und ändert während des Oszillierens einundzwanzigmal die Richtung seiner Bewegung.The movable closure body of the injector used oscillates during the cohesive common injection process and changes the direction of its movement twenty-one times during oscillation.
Mittels der zehn sich überlappenden Nacheinspritzungen wird in der gleichen Zeit, d.h. in einem gleichgroßen Einspritzfenster, eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt als bei dem in
Gemäß der in
Der bewegliche Verschlusskörper der verwendeten Einspritzdüse oszilliert während des zusammenhängenden gemeinsamen Einspritzvorganges und ändert während des Oszillierens einundzwanzigmal die Richtung seiner Bewegung.The movable closure body of the injector used oscillates during the cohesive common injection process and changes the direction of its movement twenty-one times during oscillation.
Mittels der zehn sich überlappenden Nacheinspritzungen wird in der gleichen Zeit, d.h. in einem gleichgroßen Einspritzfenster, eine gleichgroße Kraftstoffmenge eingespritzt wie bei dem in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- °KW° CA
- Grad KurbelwinkelDegree crank angle
- Δmfuel,burn Δm fuel, burn
- für die Verbrennung vorgesehene Kraftstoffmengeintended for the combustion amount of fuel
- Δmfuel,enrich Δm fuel, enrich
- mittels Nacheinspritzen eingebrachte Kraftstoffmenge zur Abgasanreicherungby fuel injection introduced amount of fuel for exhaust gas enrichment
- Δmfuel/ΔtΔm fuel / Δt
- KraftstoffmassenstromFuel mass flow
- (Δmfuel/Δt)max (Δm fuel / Δt) max
- vorgebbarer maximaler Kraftstoffmassenstrompredefinable maximum fuel mass flow
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