DE102020210640A1 - Method for reducing gaseous emissions from an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Emissionen einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einem Brennraum (3) und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2) nach einem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine (1), das wenigsten die folgenden Schritte aufweist:a) Erkennen eines Wiederanlaufs der Brennkraftmaschine (3);b) Ausführen einer überstöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine (3) während eines ersten Zeitraums (10) nach dem Wiederanlauf;c) Ausführen einer unterstöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine (1) während eines zweiten Zeitraums (11) nach dem Wiederanlauf, der auf den ersten Zeitraum folgt;d) Ausführen einer stöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine (3) nach dem Ende des zweiten Zeitraums nach dem Wiederanlauf.The present invention relates to a method for reducing emissions from an internal combustion engine (1) having at least one combustion chamber (3) and an exhaust gas aftertreatment device (2) after the internal combustion engine (1) has restarted, which has at least the following steps: a) detecting a restart of the internal combustion engine (3);b) operating the engine (3) lean of stoichiometry for a first time period (10) after restart;c) operating the engine (1) rich of stoichiometry for a second time period (11) after restart, the following the first period;d) performing a stoichiometric operation of the internal combustion engine (3) after the end of the second period after the restart.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Emissionen einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine.The present invention relates to a method for reducing emissions from an internal combustion engine having at least one combustion chamber and an exhaust gas aftertreatment device after the internal combustion engine has been restarted.
Während des Betriebs von Brennkraftmaschinen sind immer strengere Abgasgrenzwerte einzuhalten. Hierbei sind die Hersteller von Brennkraftmaschinen mit einer stetig strenger werdenden Abgasgesetzgebung konfrontiert. Unter anderem wird ein besonderes Augenmerk auf die Emission von Stickoxiden gelegt. Grundsätzlich ist es dabei wünschenswert, die Emission von Stickoxiden, so weit wie möglich, zu reduzieren.During the operation of internal combustion engines, ever more stringent emission limits must be observed. Here, the manufacturers of internal combustion engines are confronted with increasingly strict exhaust gas legislation. Among other things, special attention is paid to the emission of nitrogen oxides. Basically, it is desirable to reduce the emission of nitrogen oxides as much as possible.
Insbesondere soll vermieden werden, dass unbehandeltes Abgas emittiert wird, welches noch Stickoxide in nennenswertem Umfang enthält. Dies kann beispielsweise bei einem sogenannten Emissionsschlupf während eines Wiederanlaufens einer Brennkraftmaschine auftreten.In particular, it should be avoided that untreated exhaust gas is emitted, which still contains nitrogen oxides to a significant extent. This can occur, for example, in the case of a so-called emissions slip during a restart of an internal combustion engine.
Zur Reduktion von derartigen Stickoxidrohemissionen ist es bekannt, die Brennkraftmaschine nach einem Wiederanlauf schnellstmöglich in einem unterstöchiometrischen Betriebszustand zu betreiben.In order to reduce such raw nitrogen oxide emissions, it is known to operate the internal combustion engine in a substoichiometric operating state as quickly as possible after a restart.
Der unterstöchiometrische Betrieb der Brennkraftmaschine nach einem Wiederanlauf stellt aktuell einen Kompromiss dar, der die geltenden gesetzlichen Reglementierungen erfüllt.The sub-stoichiometric operation of the internal combustion engine after a restart currently represents a compromise that meets the applicable legal regulations.
Dieser unterstöchiometrischen Betriebszustand hat jedoch den Nachteil, dass dadurch eine erhöhte Emission von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid hervorgerufen wird.However, this sub-stoichiometric operating state has the disadvantage that it causes increased emissions of hydrocarbons and carbon monoxide.
Hierbei bedeutet ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis von 1 (Lambda = 1,0), dass genau die Menge Luft vorhanden ist, die zur vollständigen Verbrennung eines Brennstoffs benötigt wird. Ist der Wert größer als 1 herrscht ein Überschuss von Luft, was auch als Magerbetrieb bezeichnet werden kann. Bei einem Wert kleiner 1 hingegen herrscht ein Luftmangel und der Brennstoff wird nicht vollständig verbrannt.A stoichiometric combustion air ratio of 1 (lambda = 1.0) means that there is exactly the amount of air that is required for the complete combustion of a fuel. If the value is greater than 1, there is excess air, which can also be referred to as lean operation. If the value is less than 1, on the other hand, there is a lack of air and the fuel is not completely burned.
Eine andere bekannte Lösung besteht darin, Wasser in den Verbrennungsprozess einzuspritzen, um auf diese Weise die Verbrennungstemperatur zu senken und so die Reduzierung von Stickoxid-Rohemissionen zu erreichen. Für die Umsetzung einer Einspritzung von Wasser in eine Brennkraftmaschine ist jedoch ein hoher Aufwand zu betreiben, der sich unter anderem in hohen Komponentenkosten widerspiegelt.Another known solution consists in injecting water into the combustion process in order to lower the combustion temperature and thus achieve the reduction of raw nitrogen oxide emissions. In order to implement an injection of water into an internal combustion engine, however, a great deal of effort is required, which is reflected, among other things, in high component costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Lösung angegeben werden, mit der nach einem häufig auftretenden Wiederanlauf der Brennkraftmaschine ein Emissionsschlupf von Stickoxiden vermieden und eine möglichst vollständige Abgasnachbehandlung erreicht wird.It is therefore the object of the present invention to at least partially solve the problems arising from the prior art. In particular, a solution is to be specified with which, after a frequently occurring restart of the internal combustion engine, emission slippage of nitrogen oxides is avoided and exhaust gas aftertreatment that is as complete as possible is achieved.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.A method with the features according to
Das vorgeschlagene Verfahren zur Reduzierung von Emissionen einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine, weist dabei wenigsten die folgenden Schritte auf:
- a) Erkennen eines Wiederanlaufs der Brennkraftmaschine;
- b) Ausführen einer überstöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine während eines ersten Zeitraums nach dem Wiederanlauf;
- c) Ausführen einer unterstöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine während eines zweiten Zeitraums nach dem Wiederanlauf, der auf den ersten Zeitraum folgt;
- d) Ausführen einer stöchiometrischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine nach dem Ende des zweiten Zeitraums nach dem Wiederanlauf.
- a) detecting a restart of the internal combustion engine;
- b) operating the engine lean of stoichiometry for a first period after restart;
- c) operating the engine rich of stoichiometry for a second time period after the restart following the first time period;
- d) performing a stoichiometric engine operation after the end of the second post-restart period.
Der Wiederanlauf kann beispielsweise in Form eines Wiederstarts oder eines Wiedereinsetzens erfolgen. Ein Wiederstart tritt dann auf, wenn eine Brennkraftmaschine zunächst still gesetzt wird, um anschließend nach einem Zeitraum, der von wenigen Sekunden bis zu einigen Minuten andauern kann, wieder in Betrieb genommen zu werden. Ein solcher Wiederstart kommt beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit einer sogenannten Start-Stopp-Automatik vor, die eine Brennkraftmaschine mechanisch kurzzeitig still setzen kann, wenn keine Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine abgerufen wird. Dies kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug der Fall sein, dass vor einer roten Ampel wartet. Der Wiederstart umfasst somit das Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine innerhalb von Sekunden bzw. Minuten nach dem zuvor erfolgten Stillsetzen der Brennkraftmaschine.The restart can take place, for example, in the form of a restart or a reinstatement. A restart occurs when an internal combustion engine is first shut down in order to then be put back into operation after a period that can last from a few seconds to a few minutes. Such a restart occurs, for example, in internal combustion engines with a so-called automatic start-stop system, which can mechanically shut down an internal combustion engine for a short time if no drive power is called up from the internal combustion engine. This can be the case, for example, with a motor vehicle that is waiting at a red traffic light. The restart thus includes restarting the internal combustion engine within seconds or minutes after the internal combustion engine was previously stopped.
Eine andere Form des Wiederanlaufens kann in einem Wiedereinsetzen der Verbrennung innerhalb der Brennkraftmaschine nach einer vorherigen Schubabschaltung sein. Hierbei wird im Gegensatz zum Wiederstart kein Stillsetzen der Brennkraftmaschine vorgenommen, sondern lediglich eine Schubabschaltung realisiert, indem zumindest die Zufuhr von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine unterbunden wird. Bei einem Wiederanlauf wird dann die Verbrennung von Kraftstoff in der sich fortlaufend bewegenden Brennkraftmaschine wieder aufgenommen. Auch hierbei kann die Zeitdauer der Schubabschaltung vor dem Wiederanlauf von einer sehr kurzen Zeitdauer von weniger als 1 Sekunde bis hin zu einigen Minuten betragen.Another form of restarting can be a restart of combustion within the internal combustion engine after a previous overrun fuel cut-off. In contrast to restarting, the internal combustion engine is not shut down here, but only an overrun cut-off is implemented, in that at least the supply of fuel to the combustion chambers of the internal combustion engine is prevented. Upon restart, combustion of fuel is then resumed in the continuously moving internal combustion engine. In this case, too, the duration of the fuel cutoff before the restart can be from a very short duration of less than 1 second to a few minutes.
Wird nun ein solcher Zustand des Wiederanlaufens, beispielsweise von einer Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine, erkannt, kann von dieser in einem ersten Zeitraum nach dem Wiederanlauf eine überstöchiometrische Betriebsweise der Brennkraftmaschine eingeleitet werden.If such a state of restarting is now detected, for example by a control device of the internal combustion engine, this can initiate over-stoichiometric operation of the internal combustion engine in a first period of time after the restart.
Während des Zeitraums unmittelbar vor dem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine kommt es zunächst zu einer Füllung eines Sauerstoffspeicherkatalysators, der in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist. Hierbei gelangt unverbrannter Sauerstoff in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung und wird in dieser zunächst gespeichert. Infolge dieser Einleitung und Speicherung von Sauerstoff ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kurzzeitig nicht in der Lage, Stickoxide zu konvertieren. Zur Vermeidung eines Durchbruchs, beispielsweise von Stickoxiden und deren unbehandelter Emission, sieht die vorliegende Erfindung vor, unmittelbar nach dem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine zunächst einen überstöchiometrischen Betrieb mit einer Verbrennung des Brennstoffs unter einem Luftüberschuss einzustellen. Die Brennkraftmaschine wird dazu in einem Magerbetrieb betrieben.
Hierbei ist es die Strategie der vorliegenden Erfindung auf die bislang übliche unterstöchiometrische Verbrennung gänzlich zu verzichten und stattdessen in dem ersten Zeitraum nach dem Wiederanlauf eine überstöchiometrische Verbrennung von Kraftstoff vorzunehmen. Hierbei wird kurzfristig ein Überschuss an Stickoxiden erzeugt, der in einem Stickoxid-Speicherkatalysator kurzfristig eingespeichert wird. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung weist dazu wenigstens zwei Speicher auf. Einen für Sauerstoff und einen anderen für Stickoxid. Hierdurch ist es möglich, in sehr kurzer Zeit den Brennraum der Brennkraftmaschine und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in der für das weitere Verfahren erforderlichen Weise zu konditionieren.During the period immediately before the internal combustion engine restarts, an oxygen storage catalytic converter provided in the exhaust gas aftertreatment device is initially filled. Here, unburned oxygen gets into the exhaust aftertreatment device and is initially stored in it. As a result of this introduction and storage of oxygen, the exhaust aftertreatment device is briefly unable to convert nitrogen oxides. In order to avoid a breakthrough, for example of nitrogen oxides and their untreated emissions, the present invention provides that, immediately after restarting the internal combustion engine, superstoichiometric operation with combustion of the fuel with excess air is initially set. For this purpose, the internal combustion engine is operated in lean operation.
In this case, the strategy of the present invention is to dispense entirely with the hitherto customary sub-stoichiometric combustion and instead carry out a super-stoichiometric combustion of fuel in the first period after the restart. Here, an excess of nitrogen oxides is generated for a short time, which is briefly stored in a nitrogen oxide storage catalytic converter. For this purpose, the exhaust gas aftertreatment device has at least two reservoirs. One for oxygen and another for nitrous oxide. This makes it possible to condition the combustion chamber of the internal combustion engine and the exhaust gas aftertreatment device in the manner required for the further process in a very short time.
Sind nun der Brennraum und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in entsprechender Weise konditioniert, wird die Brennkraftmaschine dann in einer unterstöchiometrischen Betriebsweise betrieben, wobei der zuvor gefüllte Sauerstoffspeicherkatalysator durch Oxidation des darin gespeicherten Sauerstoffs und der in Strömungsrichtung nachgeordnete Stickoxidspeicherkatalysator durch Oxidation des darin gespeicherten Stickoxids regeneriert werden.If the combustion chamber and the exhaust gas aftertreatment device are conditioned in a corresponding manner, the internal combustion engine is then operated in a substoichiometric mode of operation, with the previously filled oxygen storage catalytic converter being regenerated by oxidizing the oxygen stored therein and the nitrogen oxide storage catalytic converter downstream in the direction of flow being regenerated by oxidizing the nitrogen oxide stored therein.
Es handelt sich bei der Erfindung um eine Verfahrensweise, welche ein Zwei-Katalysatoren-System mit einem Sauerstoffspeicherkatalysator in Erstposition und einem Stickoxidspeicherkatalysator in Zweitposition voraussetzt. Der Stickoxidspeicherkatalysator kann dabei beispielsweise als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet sein.
Ziel der Erfindung ist es, die Stickoxidrohemissionen während der häufigen Wideranläufe zu vermeiden. Die emissionslastigen Betriebszustände beim Wiederanlauf mit dem Wiedereinsetzen bzw. dem Wiederstart werden mit der hier beschriebenen Verfahrensweise im Hinblick auf dessen gasförmige Emissionen optimiert.The invention involves a procedure which requires a two-catalyst system with an oxygen storage catalytic converter in the first position and a nitrogen oxide storage catalytic converter in the second position. The nitrogen oxide storage catalytic converter can be designed as a NOx storage catalytic converter, for example.
The aim of the invention is to avoid the raw nitrogen oxide emissions during the frequent restarts. The emission-heavy operating states when restarting with the resumption or the restart are optimized with the procedure described here with regard to their gaseous emissions.
Insbesondere im Zusammenhang mit einem Ottomotor kann dieses Verfahren betrieben werden, um die Rohemissionen von Stickoxiden nach einem Wiederanlauf deutlich zu verringern.In particular in connection with an Otto engine, this method can be used in order to significantly reduce the untreated emissions of nitrogen oxides after a restart.
Die Erfindung hat erkannt, dass nach einem Wiederanlauf die Möglichkeit besteht, eine Einspeicherung von Stickoxiden innerhalb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auszuführen. Dies erfolgt in der Phase, in der die Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufgrund des ebenfalls noch eingespeicherten Sauerstoffs noch nicht in der Lage ist, eine Umsetzung des Stickoxids vorzunehmen. Dieser erste Zeitraum ist dabei so kurz bemessen, dass es zu keinem Durchbruch von Stickoxiden durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kommt, indem das Stickoxid im Stickoxidspeicherkatalysator gespeichert wird. Dazu wird der erste Zeitraum so gewählt, dass der in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehene Stickoxidspeicherkatalysator nur zu einem Teil seiner Speicherkapazität mit Stickoxiden aufgefüllt wird.The invention has recognized that after a restart there is the possibility of storing nitrogen oxides within the exhaust gas aftertreatment device. This takes place in the phase in which the exhaust gas aftertreatment device is not yet able to convert the nitrogen oxide due to the oxygen that is also still stored. This first period of time is dimensioned so short that there is no breakthrough of nitrogen oxides through the exhaust gas aftertreatment device by the nitrogen oxide being stored in the nitrogen oxide storage catalytic converter. For this purpose, the first time period is selected in such a way that the nitrogen oxide storage catalytic converter provided in the exhaust gas aftertreatment device is only filled up with nitrogen oxides to a part of its storage capacity.
Dieser erste Zeitraum kann somit sehr kurz gewählt werden und beispielsweise nur einige wenige Sekunden oder sogar weniger als 1 Sekunde andauern. Die so herbeigeführte Magerphase ist dabei kurz zu gestalten, um unnötigen Stickoxid-Schlupf zu vermeiden.This first period of time can therefore be chosen to be very short and last for example only a few seconds or even less than 1 second. The lean phase brought about in this way should be kept short in order to avoid unnecessary nitrogen oxide slippage.
Danach erfolgten eine unterstöchiometrische Betriebsweise der Brennkraftmaschine, um die speicherfähigen Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die in der Lage sind Sauerstoff und Stickoxide zu speichern, zu regenerieren. Die Regeneration erfolgt dann während eines zweiten Zeitraums des unterstöchiometrischen Betriebs der Brennkraftmaschine. Hierbei werden die Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung im Rahmen der Regeneration durch unterstöchiometrische Betriebsweise der Brennkraftmaschine von angereichertem Sauerstoff und Stickoxiden (teilweise) befreit.After that, the internal combustion engine was operated substoichiometrically in order to regenerate the storable components of the exhaust gas aftertreatment device that are capable of storing oxygen and nitrogen oxides. Regeneration then occurs during a second Period of sub-stoichiometric operation of the internal combustion engine. The components of the exhaust gas aftertreatment device are (partially) freed from enriched oxygen and nitrogen oxides as part of the regeneration by substoichiometric operation of the internal combustion engine.
Nach erfolgter Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann die Brennkraftmaschine dann wieder in einer annähernd unterstöchiometrischen Betriebsweise betrieben werden.After regeneration of the exhaust gas aftertreatment device has taken place, the internal combustion engine can then be operated again in an approximately substoichiometric operating mode.
Die Schritte a) bis d) können wenigstens einmal in der hier angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es ist möglich, dass diese Schritte unterschiedlich oft und/oder zumindest teilweise zeitlich überlagernd durchgeführt werden.Steps a) to d) can be carried out at least once in the order given here. It is possible for these steps to be carried out with different frequency and/or at least partially in a temporally overlapping manner.
Schritt a) kann durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine ausgeführt werden, um einen Wiederanlauf zu erkennen und anschließend die Schritte b) und c) auszuführen, bevor dann Schritt d) wieder den üblicherweise stöchiometrischen oder auch unterstöchiometrischen Betriebszustand einstellt.Step a) can be carried out by a control unit of the internal combustion engine in order to detect a restart and then carry out steps b) and c) before step d) then resets the usually stoichiometric or substoichiometric operating state.
Folgt ein Wiederanlauf in einem sehr kurzen zeitlichen Abstand auf einen vorhergehenden Wiederanlauf, ist es möglich den Schritt d) zu verkürzen oder sogar gänzlich entfallen zu lassen.If a restart follows a previous restart at a very short time interval, it is possible to shorten step d) or even to omit it entirely.
Insbesondere kann vorgesehen werden, dass das Verfahren so ausgeführt wird, dass die überstöchiometrischen Betriebsweise mit einem Lambdawert von größer 1,0 und insbesondere von 1,05 bis 1,3 und ganz insbesondere von 1,05 bis 1,15 durchgeführt wird. Hierdurch kann die Einspeicherung von Stickoxiden im besonders schneller und effizienter Weise erfolgen. Hierbei konnte beispielsweise insbesondere bei Lambdawerten in dem Bereich von 1,05 bis 1,15 eine besonderes hohe Stickoxid-Rohemission festgestellt werden.In particular, it can be provided that the method is carried out in such a way that the over-stoichiometric mode of operation is carried out with a lambda value of greater than 1.0 and in particular from 1.05 to 1.3 and very particularly from 1.05 to 1.15. As a result, the storage of nitrogen oxides can take place in a particularly quick and efficient manner. Here, for example, a particularly high raw nitrogen oxide emission could be determined, particularly with lambda values in the range from 1.05 to 1.15.
Hierbei sinkt mit steigendem Lambda die Verbrennungstemperatur, wodurch gleichzeitig auch die Stickoxid-Rohemissionen reduziert werden. Die für das hier beschriebene Konzept benötigte Speicherkapazität des Stickoxidspeichers lässt sich so reduzieren.The combustion temperature drops with increasing lambda, which also reduces the raw nitrogen oxide emissions at the same time. The storage capacity of the nitrogen oxide store required for the concept described here can be reduced in this way.
Insbesondere kann dabei auch vorgesehen werden, dass in dem nachfolgenden zweiten Zeitraum der Regeneration eine stark unterstöchiometrische Betriebsweise mit einem Lambdawert von kleiner 0,8 durchgeführt wird, um auch hier die Regeneration in besonders effektiver Weise und kurzer Zeit durchzuführen.In particular, it can also be provided that in the subsequent second period of regeneration, a strongly substoichiometric mode of operation with a lambda value of less than 0.8 is carried out in order to carry out the regeneration in a particularly effective manner and in a short time.
Eine Obergrenze für eine stark überstöchiometrische Verbrennung wird dabei erreicht, wenn schlechte Verbrennungsverläufe oder gar Zündaussetzer auftreten.
Diese Betriebszustände gilt es zu vermeiden, da durch den entstehenden Wirkungsgradverlust das fehlende Motormoment kompensiert werden müsste, was Fahrbarkeitseinbußen der Brennkraftmaschine und eines davon angetriebenen Fahrzeugs zur Folge hätte. Entsprechend gilt es auch stark unterstöchiometrische Betriebszustände zu meiden.An upper limit for highly over-stoichiometric combustion is reached when poor combustion progresses or even misfires occur.
It is important to avoid these operating states, since the lack of engine torque would have to be compensated for by the resulting loss of efficiency, which would result in reduced drivability of the internal combustion engine and a vehicle driven by it. Accordingly, it is also important to avoid highly sub-stoichiometric operating states.
Insbesondere kann das Verfahren in der Weise ausgeführt werden, dass als Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Zwei-Katalysatoren-System mit einem ersten Speicher-Katalysator und einem zweiten Speicher-Katalysator verwendet wird. Der erste Speicher-Katalysator ist dabei verschieden vom zweiten Speicher-Katalysator. Insbesondere kann der erste Speicher-Katalysator einen Sauerstoffspeicherkatalysator umfassen und der zweite Speicher-Katalysator einen Stickoxidspeicherkatalysator. Beide Speicher-Katalysatoren liegen in Strömungsrichtung des abströmenden Abgases gesehen stromabwärts der Brennkraftmaschine. Dabei ist der erste Speicher-Katalysator stromaufwärts des zweiten Speicher-Katalysators angeordnet.In particular, the method can be carried out in such a way that a two-catalytic converter system with a first storage catalytic converter and a second storage catalytic converter is used as the exhaust gas aftertreatment device. The first storage catalyst is different from the second storage catalyst. In particular, the first storage catalytic converter can comprise an oxygen storage catalytic converter and the second storage catalytic converter can comprise a nitrogen oxide storage catalytic converter. Both storage catalysts are seen in the flow direction of the outflowing exhaust gas downstream of the internal combustion engine. In this case, the first storage catalytic converter is arranged upstream of the second storage catalytic converter.
Wird nun vor einem Wiederanlauf die Verbrennung aufgrund eines Stopps der Brennkraftmaschine oder aufgrund einer Schubabschaltung gestoppt, so kann sich in dem ersten Speicher-Katalysator Sauerstoff anreichern und dort gespeichert werden. Nach dem Wiederanlauf der Brennkraftmaschine kann das dann während des ersten Zeitraums im unterstöchiometrischen Betrieb erzeugte Stickoxid im zweiten Speicher-Katalysator zunächst eingespeichert werden, bevor es dann während des zweiten Zeitraums und im Rahmen der Regeneration von dort wieder ausgespeichert wird.If, before a restart, the combustion is stopped due to the internal combustion engine being stopped or due to an overrun cut-off, oxygen can accumulate in the first storage catalytic converter and be stored there. After restarting the internal combustion engine, the nitrogen oxide generated during the first period in substoichiometric operation can first be stored in the second storage catalytic converter before it is then released from there again during the second period and as part of the regeneration.
Insbesondere kann dabei vorgesehen werden, das Verfahren so auszuführen, dass als erster Katalysator ein Sauerstoffspeicherkatalysator und als zweiter Katalysator ein Stickoxidspeicherkatalysator, verwendet wird. Hierbei ist es beispielsweise möglich, einen Sauerstoffspeicherkatalysator zu verwenden, der als 3-Wege-Katalysator oder als ausschließlicher Sauerstoffspeicherkatalysator ausgeführt ist.In particular, it can be provided that the method is carried out in such a way that an oxygen storage catalytic converter is used as the first catalytic converter and a nitrogen oxide storage catalytic converter is used as the second catalytic converter. It is possible here, for example, to use an oxygen storage catalytic converter which is designed as a 3-way catalytic converter or as an exclusive oxygen storage catalytic converter.
Insbesondere vorteilhaft ist es auch, wenn das Verfahren so umgesetzt wird, dass eine Speicherkapazität des zweiten Speicher-Katalysator nur teilweise genutzt wird.It is also particularly advantageous if the method is implemented in such a way that a storage capacity of the second storage catalytic converter is only partially used.
Das vorliegende Verfahren dient somit nicht zur vollständigen Regeneration des ersten oder zweiten Katalysators, sondern zur Vermeidung von Stickoxidemissionen nach einem häufig vorkommenden Wiederanlauf. Im Gegensatz zu den bekannten Regenerationsprozessen wird bei der vorliegenden Erfindung die Einspeicherung und die Regeneration sehr viel schneller und sehr viel häufiger durchgeführt, da das Ziel nicht die Regeneration des Katalysators, sondern die Vermeidung von unerwünschten Emissionen nach einem Wiederanlauf ist. Dies äußert sich darin, dass die Speicherkapazität des zweiten Katalysators nur teilweise, d. h. zu höchstens 90 %, vorzugsweise zu weniger als 75 %, insbesondere zu weniger als 50 % bis 10 % für die Einspeicherung von Stickoxiden genutzt wird.The present method is therefore not used for complete regeneration of the first or second catalyst, but to avoid Nitrogen oxide emissions after a common restart. In contrast to the known regeneration processes, in the case of the present invention, storage and regeneration are carried out much more quickly and much more frequently, since the aim is not to regenerate the catalytic converter, but rather to avoid unwanted emissions after a restart. This is reflected in the fact that the storage capacity of the second catalytic converter is used only partially, ie at most 90%, preferably less than 75%, in particular less than 50% to 10%, for storing nitrogen oxides.
Insbesondere kann dazu bei dem Verfahren der zweite Zeitraum so gewählt werden, dass dieser beginnt, wenn der Brennraum, der erste Speicher-Katalysator und der zweite Speicher-Katalysator nach dem Wiederanlauf konditioniert sind.In particular, the second period of time can be selected in the method such that it begins when the combustion chamber, the first storage catalytic converter and the second storage catalytic converter are conditioned after the restart.
Hierdurch wird sichergestellt, dass sämtliche Komponenten zum Zeitpunkt des Beginns der Regeneration optimal konditioniert sind.This ensures that all components are optimally conditioned when regeneration begins.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Zeitraum so gewählt wird, dass dieser eine Zeitdauer von weniger als zwei Sekunden (2 s) und insbesondere von weniger als einer Sekunde (1 s) aufweist. Ein erster Zeitraum von weniger als zwei Sekunden (1 s) gewährleistet dabei, dass die Speicherkapazität des zweiten Katalysators für Stickoxide nicht überschritten wird und es zu keinem Durchschlag von Stickoxiden an diesem Stickoxid-Speicherkatalysator kommt. Für eine große Anzahl von Anwendungen ist es sogar bereits ausreichend, wenn der erste Zeitraum nicht länger als eine Sekunde (1 s) gewählt wird.It is particularly advantageous if the first time period is selected in such a way that it lasts less than two seconds (2 s) and in particular less than one second (1 s). A first time period of less than two seconds (1 s) ensures that the storage capacity of the second catalytic converter for nitrogen oxides is not exceeded and that nitrogen oxides do not break through at this nitrogen oxide storage catalytic converter. For a large number of applications, it is even sufficient if the first time period is chosen to be no longer than one second (1 s).
Es ist möglich, dass das Batteriemanagementsystem mit mindestens einer Messeinrichtung und Mitteln vorgesehen ist, die geeignet bzw. eingerichtet sind, die hier beschriebenen Schritte a) bis d) des vorgeschlagenen Verfahrens, insbesondere gemäß der Schritte a) bis c) der Verfahrensansprüche, auszuführen.It is possible that the battery management system is provided with at least one measuring device and means that are suitable or set up to carry out steps a) to d) of the proposed method described here, in particular according to steps a) to c) of the method claims.
Ferner kann die Erfindung mit einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum, einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung und einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses umgesetzt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die wenigstens eine Steuerungsvorrichtung einen Datenspeicher aufweist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Schritte a) bis d) eingerichtet ist.Furthermore, the invention can be implemented with an internal combustion engine having at least one combustion chamber, an exhaust gas aftertreatment device and a control device for controlling the combustion process, which is characterized in that the at least one control device has a data memory and for carrying out the method according to one of steps a) to d ) is set up.
Weiterhin wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die
bewirken, dass diese Auswerteeinrichtung diese Verfahrensschritte ausführt. Schließlich wird auch ein computerlesbares Medium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.Furthermore, a computer program is proposed, comprising commands that
cause this evaluation device to carry out these method steps. Finally, a computer-readable medium is also proposed, on which the computer program is stored.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.As a precaution, it should be noted that the numerals used here (“first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
-
1 : eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung; -
2 : einen bekannten stöchiometrischen Verlauf nach einem Wiederanlauf einer Brennkraftmaschine; und -
3 : einen möglichen stöchiometrischen Verlauf nach einem Wiederanlauf einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 1: a possible embodiment of an internal combustion engine according to the invention with an exhaust gas aftertreatment device; -
2 : a known stoichiometric profile after restarting an internal combustion engine; and -
3 : a possible stoichiometric profile after a restart of an internal combustion engine according to the present invention.
In
Ferner ist eine Steuerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die innerhalb der Brennkraftmaschine 1 stattfindende Verbrennung zumindest hinsichtlich der Verbrennungsstöchiometrie zu steuern und einen Wiederanlauf der Brennkraftmaschine 1 zu detektieren.Furthermore, a
Die
Diesen Nachteil überwindet die in
So wird gemäß der Erfindung nach einem Wiederanlauf zunächst über einen ersten Zeitraum 10 der überstöchiometrische Betriebszustand beibehalten, um das in diesem Moment nach dem Wiederanlauf vorhandene Stickoxid in dem zweiten Speicher-Katalysator 6 speichern zu können. Eine dargestellte erste Fläche 12 kennzeichnet dabei die Einspeicherung der Stickoxide. Eine zweite Fläche 13 kennzeichnet die Regeneration der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 während des zweiten Zeitraums 11.According to the invention, after a restart, the over-stoichiometric operating state is initially maintained for a first period of
Während die Emissionsreduktion beim Wiederanlauf bzw. Wiedereinsetzen/ Wiederstart stets ein Kompromiss im Hinblick auf unterschiedliche gasförmige Emissionen darstellt, schafft die vorliegende Erfindung die Voraussetzungen dafür, die Emissionen von Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid nach einem Wiederanlauf einer Brennkraftmaschine signifikant zu verringern. Dies ist vor allem auch deshalb von Vorteil, da ein Wiederanlauf bei modernen Verbrennungsmotoren regelmäßig und in sehr kurzen Abständen auftritt, während die bislang im Stand der Technik üblichen Regenerationsprozesse nur sehr selten und mit großen zeitlichen Abständen durchgeführt wurden.While the reduction in emissions when restarting or restarting always represents a compromise with regard to different gaseous emissions, the present invention creates the prerequisites for significantly reducing the emissions of nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide after restarting an internal combustion engine. This is particularly advantageous because a restart in modern internal combustion engines occurs regularly and at very short intervals, while the regeneration processes that have been customary in the prior art have only been carried out very rarely and at long time intervals.
Dies kann durch die Ausführung des Verfahrens mit einer Zwei-Katalysatoren Anordnung, welche einen Sauerstoffspeicherkatalysator 7 in Erstposition und einen Stickoxidspeicherkatalysator 8, konkret einen Stickoxidspeicherkatalysator, in Zweitposition aufweist, erreicht werden. Hierbei füllt sich nach einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine 1 oder nach einer Schubabschaltung der Sauerstoffspeicherkatalysator zunächst mit Sauerstoff aus der Luft und kann somit die anfallenden Stickoxide nicht konvertieren. Um gasförmige Emissionen insbesondere in den Fahrsituationen Wiederstart bzw. Wiedereinsetzen zu minimieren wird daher in den ersten Verbrennungen nach dem Wiederstart bzw. dem Wiedereinsetzen zunächst überstöchiometrisch verbrannt, wobei der dabei entstehende Überschuss an Stickoxiden im zweiten Speicherkatalysator 6 eingespeichert wird, der beispielsweise als Stickoxidspeicherkatalysator ausgebildet ist. Sind der Brennraum 3 und die Katalysatoren 5,6 ausreichend konditioniert, wird dann auf eine unterstöchiometrische Betriebsweise gewechselt, um sowohl die Stickoxid- als auch Sauerstoffspeicherkatalysator der beiden Katalysatoren 5,6 zu regenerieren.This can be achieved by carrying out the method with a two-catalyst arrangement, which has an oxygen storage
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Brennkraftmaschineinternal combustion engine
- 22
- Abgasnachbehandlungsvorrichtungexhaust aftertreatment device
- 33
- Brennraumcombustion chamber
- 44
- Leitungsmittelline means
- 55
- erster Speicher-Katalysatorfirst storage catalyst
- 66
- zweiter Speicher-Katalysatorsecond storage catalyst
- 77
- Sauerstoffspeicherkatalysatoroxygen storage catalyst
- 88th
- Stickoxidspeicherkatalysatornitrogen oxide storage catalyst
- 99
- Steuerungsvorrichtungcontrol device
- 1010
- Erster ZeitraumFirst period
- 1111
- Zweiter Zeitraumsecond period
- 1212
- Erste FlächeFirst face
- 1313
- Zweite Flächesecond face
Claims (10)
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DE102020210640.1A Pending DE102020210640A1 (en) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | Method for reducing gaseous emissions from an internal combustion engine |
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Citations (1)
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DE10307338A1 (en) | 2003-02-21 | 2004-09-16 | Bayerische Motoren Werke Ag | Method for operating an internal combustion engine and exhaust system for operating the internal combustion engine |
-
2020
- 2020-08-21 DE DE102020210640.1A patent/DE102020210640A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10307338A1 (en) | 2003-02-21 | 2004-09-16 | Bayerische Motoren Werke Ag | Method for operating an internal combustion engine and exhaust system for operating the internal combustion engine |
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