DE102018124869A1

DE102018124869A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018124869A1
Application number: DE102018124869.5A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12). Der Verbrennungsmotor (10) ist über seinen Einlass (16) mit einem Luftversorgungssystem (20) und über seinen Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) des Verbrennungsmotors (10) verbunden. In der Abgasanlage (40) ist mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors (10) angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass der Lastzustand (P) des Verbrennungsmotors (10) sowie die streckenbezogenen Emissionen (EG/D), insbesondere die streckenbezogenen NOx-Emissionen ermittelt werden. Nähern sich die streckenbezogenen Emissionen einem definierten Schwellenwert (EG/D) an, und ist abzusehen, dass bei unveränderten Motorparametern diese streckenbezogenen Emissionen (EG/D) nicht erfüllt werden können, wird die Leistung (P) und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors (10) reduziert, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors (10) zu verringern.Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Luftversorgungssystem (20) und einer Abgasanlage (40) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage sowie einen solchen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
Bei einem kalten, noch inaktiven Abgasnachbehandlungssystem können bei hochdynamischer Fahrweise bereits vor Erreichen der Light-Off-Temperatur der Katalysatoren des Abgasnachbehandlungssystems so viele Schadstoffe emittiert werden, dass selbst bei anschließend vollständiger Konvertierung aller Schadstoffe ein auf eine vorgebbare Mindeststrecke bezogener Emissionsgrenzwert überschritten wird. Bei Dieselmotoren sind dabei insbesondere die Stickoxid-Emissionen betroffen.
Aus der DE 10 2016 208 834 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem die momentane Konzentration der Stickoxide im Abgas gemessen oder berechnet wird. Anhand der gemessenen Stickoxid-Konzentration im Abgas werden die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors angepasst, um die streckenbezogenen Abgasemissionsgrenzen für ein Kraftfahrzeug einzuhalten.
Die DE 10 2017 101 605 A1 offenbart ein Verfahren für die Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators, wobei die Stickoxidkonzentration im Abgas eines Verbrennungsmotors bestimmt wird und eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators durchgeführt wird, wenn die streckenspezifische Ausgangsmenge der Stickoxidemissionen über der streckenspezifischen Grenz-Ausgangsmenge liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Emissionen eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einer Kaltstartphase oder bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem, zu reduzieren und somit die Umwelt zu entlasten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum gelöst. Der Verbrennungsmotor ist über seinen Einlass mit einem Luftversorgungssystem und über seinen Auslass mit einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors verbunden. In der Abgasanlage ist mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors angeordnet. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Erfassen eines Lastzustandes und eines streckenbezogenen Emissionswertes des Verbrennungsmotors,
- Ermitteln mindestens einer Abgastemperatur oder einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente, wobei
- bei einer Annäherung des streckenbezogenen Emissionswertes an einen definierten Schwellenwert die ermittelte Abgastemperatur oder die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente mit einer Schwellentemperatur für das Abgas oder für die Abgasnachbehandlungskomponente verglichen wird, und wobei
- die Leistung und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors für zumindest einen vorgebbaren Zeitraum reduziert wird, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente unterhalb der Schwellentemperatur liegt.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren können die Emissionen des Verbrennungsmotors insbesondere in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors oder bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem derart verringert werden, dass die streckenbezogenen Emissionsgrenzwerte eingehalten werden. Durch eine zumindest temporäre Drosselung der Leistung und/oder des Drehmomentes werden Betriebspunkte vermieden, an welchen besonders hohe Rohemissionen auftreten. Vorzugsweise wird dieses Verfahren zur Verminderung der Stickoxid-Emissionen angewandt, es ist jedoch auch möglich, durch dieses Verfahren andere Schadstoffemissionen zu vermindern.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegeben Verfahrens zur Abgasnachbehandlung möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schwellentemperatur der Abgasnachbehandlungskomponente die Light-Off-Temperatur einer jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente ist. Hat die entsprechende Abgasnachbehandlungskomponente ihre Light-Off-Temperatur erreicht, so ist eine Konvertierung der limitierten Schadstoffemissionen, insbesondere von Stickoxiden, möglich. Durch eine weitere Anhebung der Temperatur kann die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Effizienz weiter verbessert werden, sodass der Schwellenwert in einer weiteren Verbesserung vorzugsweise mit einem entsprechenden Abstand zur Light-Off-Temperatur gewählt wird und entsprechend höher als die Light-Off-Temperatur liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leistung und/oder das Drehmoment um mindestens 10 %, vorzugsweise um mindestens 20 %, besonders bevorzugt um mindestens 25 % gegenüber der Nennleistung oder dem Nenndrehmoment reduziert werden. Da insbesondere bei maximaler Leistung und/oder maximalem Drehmoment ein Anstieg der Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu beobachten ist, sollen solche Betriebsbereiche vermieden werden, solange keine ausreichend hohen Konvertierungsraten durch die Abgasnachbehandlung realisiert werden können. Durch eine entsprechende Drosselung der Leistung und/oder des Drehmoments um mindestens 10 % werden solche Spitzenbereiche vermieden, was zu einer signifikanten Reduktion der Rohemissionen führt.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass parallel zu der Reduktion der Leistung und/oder des Drehmoments Heizmaßnahmen eingeleitet werden, um die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erhöhen. Die Heizmaßnahmen können insbesondere ein Beheizen des Abgasstroms durch ein elektrisches Heizelement oder einen Abgasbrenner umfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch innermotorische Heizmaßnahmen wie eine späte Nacheinspritzung oder sonstige Heizmaßnahmen wie das Schließen einer Abgasklappe zur Erhöhung des Abgasgegendrucks durchgeführt werden. Durch entsprechende Heizmaßnahmen kann das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponente(n) auf ihre Betriebstemperatur beschleunigt werden, sodass eine effiziente Abgasnachbehandlung möglich ist.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass parallel zu der Reduktion der Leistung und/oder des Drehmoments weitere innermotorische Maßnahmen eingeleitet werden, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Dabei können insbesondere die Einspritzzeitpunkte sowie die Einspritzmengen angepasst werden, um eine möglichst emissionsarme Verbrennung zu realisieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Abgasrückführungsrate des Verbrennungsmotors angepasst werden, um die Rohemissionen, insbesondere die Stickstoff-Rohemissionen, zu senken.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Verbrennungsmotor als selbstzündender Verbrennungsmotor nach dem Dieselprinzip ausgeführt ist und der streckenbezogene Emissionswert die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors sind. Durch die Erhöhung der Abgasrückführungsrate können insbesondere die NOx-Rohemissionen in signifikantem Maße verringert werden. Insgesamt sinkt durch die Erhöhung der Abgasrückführungsrate die Temperatur in den Brennräumen, wodurch diese Maßnahme auch positiven Einfluss auf weitere Emissionen haben kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die streckenbezogenen Stickoxidemissionen durch zumindest einen NOx-Sensor in der Abgasanlage erfasst werden. Durch einen NOx-Sensor können die Stickoxid-Emissionen im Abgas des Verbrennungsmotors auf einfache Art und Weise und mit höherer Genauigkeit gegenüber Modellen ermittelt werden. Dadurch kann erkannt werden, ob die Gefahr besteht, dass die streckenbezogenen Emissionswerte nicht eingehalten werden und entsprechend eine Erhöhung der Abgasrückführungsrate sowie gegebenenfalls Sekundärmaßnahmen eingeleitet werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum vorgeschlagen, dessen Einlass mit einem Luftversorgungssystem und dessen Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist. Dabei ist in der Abgasanlage mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors vorgesehen. Der Verbrennungsmotor weist ein Steuergerät auf, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Ein solcher Verbrennungsmotor ermöglicht es, durch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu verringern. Dabei werden die Rohemissionen insbesondere in der Kaltstartphase oder bei kaltem Abgasnachbehandlungssystem durch die Drosselung der Leistung und/oder des Drehmoments reduziert, sodass das Abgas weniger Emissionen stromauf der Abgasnachbehandlung enthält und sich die Endrohremissionen proportional verringern. Somit können auch bei Betrieb des Verbrennungsmotors im Realverkehr die vorgegebenen streckenbezogenen Emissionsgrenzwerte eingehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass in dem Luftversorgungssystem ein Luftmassenmesser und ein Drucksensor angeordnet sind. Durch einen Luftmassenmesser kann die den Brennräumen des Verbrennungsmotors zugeführte Frischluftmenge bestimmt werden. Durch einen zusätzlichen Drucksensor in dem Luftversorgungssystem kann die Messgenauigkeit weiter verbessert werden, wodurch die Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses und somit die motorische Verbrennung optimiert werden kann. Dadurch können die Rohemissionen des Verbrennungsmotors verringert werden, sodass weniger schädliche Abgaskomponenten durch die Abgasnachbehandlungskomponenten konvertiert werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors sind in der Abgasanlage ein erster Katalysator, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, und stromabwärts des ersten Katalysators ein Partikelfilter angeordnet. Dabei weist der Partikelfilter eine Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf oder dem Partikelfilter ist ein SCR-Katalysator vor- und/oder nachgeschaltet. Durch eine solche Abgasanlage ist eine hocheffiziente Abgasnachbehandlung eines Dieselmotors möglich. Dabei können Stickoxide an drei Stellen des Abgasstrangs gemindert werden, nämlich am NOx-Speicherkatalysator, an einer SCR-Beschichtung des Partikelfilters und an einem dem Partikelfilter nachgeschalteten SCR-Katalysator. Somit ist in jedem Lastbereich des Verbrennungsmotors eine effiziente Abgasnachbehandlung bezüglich der NOx-Emissionen möglich.
In einer weiteren Verbesserung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage mindestens ein Abgassensor zur Erfassung der aktuellen Emissionen des Verbrennungsmotors, insbesondere mindestens ein NOx-Sensor, angeordnet ist. Durch einen NOx-Sensor können die Stickoxid-Emissionen im Abgas des Verbrennungsmotors auf einfache Art und Weise ermittelt werden. Dadurch kann erkannt werden, ob die Gefahr besteht, dass die streckenbezogenen Emissionswerte nicht eingehalten werden und entsprechend eine Erhöhung der Abgasrückführungsrate sowie gegebenenfalls Sekundärmaßnahmen eingeleitet werden. Ferner können weitere Abgassensoren, insbesondere ein Temperatursensor oder eine Lambdasonde, vorhanden sein, um die Abgasnachbehandlung zu steuern und die Effizienz der Abgasnachbehandlung zu steigern.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage;
3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors; und
4 ein Diagramm zur Anpassung des Drehmoments und/oder der Leistung, wenn die Katalysatoren des Abgasnachbehandlungssystems noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist als direkteinspritzender Dieselmotor ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden.
Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung 32 mit einer Abgasrückführungsleitung 34 und einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil 36, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann.
Das Luftversorgungssystem 20 umfasst eine Ansaugleitung 28, in welcher in Strömungsrichtung von Frischluft durch die Ansaugleitung 28 ein Luftfilter 22, stromabwärts des Luftfilters ein Luftmassenmesser 24, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, und stromabwärts des Luftmassenmessers 24 ein Verdichter 26 eines Abgasturboladers 38 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 24 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 22 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 22 und der Luftmassenmesser 24 eine Baugruppe ausbildet.
Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 38 angeordnet ist, welche den Verdichter 26 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 38 ist vorzugsweise als Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 54, 56 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein NOx-Speicherkatalysator 48 oder ein Oxidationskatalysator 46 angeordnet. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 48 oder des Oxidationskatalysators 46 ist ein Partikelfilter 54 mit einer Beschichtung 56 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 48 / des Oxidationskatalysators 46 und stromaufwärts des Partikelfilters 54 ist ein Dosierelement 50 mit einem Dosierventil 52 angeordnet, mit welchem ein Reduktionsmittel, insbesondere wässrige Harnstofflösung, in den Abgaskanal 42 des Verbrennungsmotors 10 eindosiert werden kann. Ferner ist in der Abgasanlage 40 zumindest ein Abgassensor 68, insbesondere ein NOx-Sensor, angeordnet, mit welchem die Abgasemissionen im laufenden Motorbetrieb überwacht werden können.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 70 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit dem Abgassensor 68, sowie mit dem Dosierelement 50 zur Eindosierung von Reduktionsmittel verbunden ist. Ferner ist das Steuergerät mit den Injektoren 14 verbunden, um den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs sowie die Menge des in die Brennräume 12 eingespritzten Kraftstoffs zu steuern.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich im Luftversorgungssystem ein Drucksensor 30 vorgesehen. Ferner ist stromabwärts des Verdichters 26 des Abgasturboladers 38 und stromaufwärts des Einlasses 16 des Verbrennungsmotors 10 ein Ladeluftkühler vorgesehen, mit welchem die verdichtete Luft vor Eintritt in die Brennräume 12 abgekühlt und somit die Füllung der Brennräume verbessert wird. In der Abgasanlage 40 ist stromabwärts des Auslasses 18 und stromaufwärts der Turbine 44 des Abgasturboladers 38 ein weiterer Drucksensor 66 vorgesehen. Ferner ist stromabwärts des Partikelfilters 54 ein SCR-Katalysator 64 angeordnet. Dazu ist stromabwärts des Partikelfilters 54 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 64 ein weiteres Dosierelement 60 mit einem Dosierventil 62 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgesehen. Ferner sind am Abgaskanal 42 mehrere Abgassensoren 68 vorgesehen, wobei in 2 eine Auswahl an möglichen Positionen für die Abgassensoren 68 dargestellt ist. Alternativ zu einem NOx-Speicherkatalysator 48 kann der erste Katalysator auch als Oxidationskatalysator 46 ausgeführt sein. Ferner kann der Partikelfilter 54 anstelle einer SCR-Beschichtung auch mit einer anderen katalytisch wirksamen Beschichtung 58, insbesondere mit einer oxidativ wirksamen Beschichtung, ausgeführt sein. Alternativ kann der Partikelfilter 54 bei einem nachgeschalteten SCR-Katalysator 64 auch unbeschichtet ausgeführt sein, wobei in diesem Fall eines der Dosierelemente 50, 60 entfallen kann. In einer alternativen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist es möglich, dass stromabwärts des Partikelfilters 54 und stromaufwärts des Dosierelements 50 ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet ist.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt I wird die NOx-Konzentration im Abgaskanal 42 durch ein im Steuergerät 70 abgelegtes Abgasmodell berechnet oder bevorzugt durch einen Abgassensor 68 gemessen. Parallel wird in einem Verfahrensschritt II der Abgasmassenstrom aus dem Luftmassenstrom am Luftmassenmesser 24 und die durch die Kraftstoffinjektoren 14 eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelt. In einem Verfahrensschritt III werden anhand dieser beiden Kenngrößen die momentanen massenbezogenen Emissionen ermittelt. In einem Verfahrensschritt IV werden aus den momentanen massenbezogenen Emissionen die kumulierten Emissionen im Abgaskanal 42 bestimmt. Ferner werden in einem Verfahrensschritt VI die tatsächlich zurückgelegte Wegstrecke und in einem Verfahrensschritt VII die vorgebbare Mindestwegstrecke bestimmt, wobei der jeweils größere Wert in die Berechnung einfließt. In einem Verfahrensschritt V werden anhand der kumulierten Abgasemissionen und der zurückgelegten Wegstrecke die streckenbezogenen Emissionen EG/D ermittelt. Optional wird in einem Verfahrensschritt VIII die Abgastemperatur T_EG oder die Temperatur T_KAT einer Abgasnachbehandlungskomponente bestimmt. Anhand eines im Steuergerät 70 abgelegten Kennfeldes des Verbrennungsmotors 10 wird nun ermittelt, ob die streckenbezogenen Emissionen EG/D unterhalb eines definierten Grenzwertes liegen. Ist abzusehen, dass mit den aktuellen Motorparametern die streckenbezogenen Emissionen EG/D nicht eingehalten werden, so wird in einem Verfahrensschritt IX die Leistung und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10 für zumindest einen vorgebbaren Zeitraum begrenzt.
In 4 ist ein Diagramm zur Anpassung des Drehmoments und/oder der Leistung gezeigt, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere der Katalysatoren noch nicht hoch genug ist, um eine zur Einhaltung der Emissionsgrenzen hinreichende Konvertierungsleistung zu erzielen. Dabei wird die Leistung P und/oder das Drehmoment M des Verbrennungsmotors 10 entsprechend zumindest temporär begrenzt. Dabei ist der Eingriff in die Motorsteuerung entsprechend stark ausgeprägt, je stärker eine Grenztemperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten unterschritten wird, bei welcher die Einhaltung der streckenbezogenen Emissionswerte zu erwarten ist. Neben der Drosselung der Leistung oder des Drehmoments können auch weitere Motorparameter, insbesondere der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge angepasst werden, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors 10 zu minimieren.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Brennraum
14: Kraftstoffinjektor
16: Einlass
18: Auslass
20: Luftversorgungssystem
22: Luftfilter
24: Luftmassenmesser
26: Verdichter
28: Ansaugkanal
30: Drucksensor
32: Hochdruck-Abgasrückführung
34: Abgasrückführungskanal
36: Abgasrückführungsventil
38: Abgasturbolader
40: Abgasanlage
42: Abgaskanal
44: Turbine
46: Oxidationskatalysator
48: NOx-Speicherkatalysator
50: Dosiermodul
52: Dosierventil
54: Partikelfilter
56: SCR-Beschichtung
58: katalytische Beschichtung
60: zweites Dosiermodul
62: zweites Dosierventil
64: SCR-Katalysator
66: Drucksensor
68: Abgassensor / NOx-Sensor
70: Steuergerät
EG/D: streckenbezogener Emissionswert
EGR: Abgasrückführungsrate
N_N: Nenndrehzahl
P: Leistung
P_ist: Lastzustand
P_N: Nennleistung
T: Temperatur
T_EG: Abgastemperatur
T_KAT: Katalysatortemperatur
T_S: Schwellentemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016208834 A1 [0004]
DE 102017101605 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) über seinem Einlass (16) mit einem Luftversorgungssystem (20) verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (40) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Erfassen eines Lastzustandes (P_ist) und eines streckenbezogenen Emissionswerts (EG/D) des Verbrennungsmotors (10), - Ermitteln mindestens einer Abgastemperatur (T_EG) oder einer Temperatur (T_KAT) einer Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64), wobei - bei einer Annäherung des streckenbezogenen Emissionswertes (EG/D) an einen definierten Schwellenwert (EG/D_S) die ermittelte Abgastemperatur (T_EG) oder die Temperatur (T_KAT) der Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) mit einer Schwellentemperatur (T_S) für das Abgas oder für die Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) verglichen wird, und wobei - die Leistung (P) und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors (10) für zumindest einen vorgebbaren Zeitraum reduziert wird, wenn die Abgastemperatur (T_EG) oder die Temperatur (T_KAT) der Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) unterhalb der Schwellentemperatur (T_S) liegt.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellentemperatur (T_S) der Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) die Light-Off-Temperatur der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) ist.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung (P) und/oder das Drehmoment um mindestens 10 % gegenüber der Nennleistung (P_N) oder dem Nenndrehmoment reduziert wird.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Reduktion der Leistung und/oder des Drehmoments Heizmaßnahmen eingeleitet werden, um die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) zu erhöhen.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Reduktion der Leistung und/oder des Drehmoments weitere innermotorische Maßnahmen eingeleitet werden, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors (10) zu reduzieren.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) als selbstzündender Verbrennungsmotor (10) nach dem Dieselprinzip ausgeführt ist und der streckenbezogene Emissionswert (EG/D) die Stickoxid-Emissionen (NOx) des Verbrennungsmotors (10) sind.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die streckenbezogenen Stickoxidemissionen (EG/D) durch zumindest einen NOx-Sensor (68) in der Abgasanlage (40) erfasst werden.
Verbrennungsmotor (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) über seinem Einlass (16) mit einem Luftversorgungssystem (20) verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (40) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (46, 48, 54, 64) zur Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, sowie mit einem Steuergerät (70), welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (70) ausgeführt wird.
Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (40) ein erster Katalysator (46, 48), insbesondere ein Oxidationskatalysator (46) oder ein NOx-Speicherkatalysator (48), und stromabwärts des ersten Katalysators (46, 48) ein Partikelfilter (54) angeordnet sind, wobei der Partikelfilter (54) eine Beschichtung (56) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist und/oder dem Partikelfilter (54) ein SCR-Katalysator (64) vor und/oder nachgeschaltet ist.
Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (40) mindestens ein Sensor (68) zur Erfassung der aktuellen Emissionen, insbesondere mindestens ein NOx-Sensor (68), angeordnet ist.