DE10315476B4 - Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere von Partikelfiltern, Stickoxidadsorbern, Oxidationskatalysatoren, Dreiwegkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren, bei Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest einer Schubphase und/oder zumindest einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht und ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, wobei durch Einstellen des Kraftstoff-Luftverhältnisses und/oder der Temperatur und/oder des Brennraumdruckes eine Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches verhindert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere von Partikelfiltern, Stickoxidadsorbern, Oxidationskatalysatoren, Dreiwegkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren, bei Brennkraftmaschinen.
  • Es ist bekannt, zur Erhöhung der Katalysatoreintrittstemperatur oder zur Regeneration eines Partikelfilters einen zusätzlichen Brenner oder eine Zündanlage zur nochmaligen Zündung eines fetten Gemisches vor den Katalysator einzusetzen. Ein Nachbrenner zur Verbrennung eines zündfähigen Gemisches ist beispielsweise aus der WO 93/10 337 A1 bekannt.
  • Die US 60 06 515 A beschreibt ein Abgasbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine, bei der Diesel-Kraftstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird.
  • Die US 52 65 418 A beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem zur Verbesserung der Abgasqualität während des Leerlaufes und/oder während der Teillast der Brennkraftmaschine eine zusätzliche Last aufgebürdet wird, um den Kraftstoffbedarf zu steigern und dadurch die Temperatur der Abgase zu erhöhen. Auch die Temperatur der Ansaugluft wird erhöht und/oder der Katalysator direkt erwärmt.
  • Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass zusätzliche Einrichtungen zur Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich sind.
  • Die DE 198 19 579 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine mit einem SCR-Katalysator ausgestattete Brennkraftmaschine. Dabei wird mit Hilfe der Selectiv-Catalytic-Reduction-Technology (SCR) Stickoxid im Abgas zu Luftstickstoff und Wasserdampf reduziert. Als Reduktionsmittel werden entweder Ammoniak oder Harnstoff in wässriger Lösung eingesetzt, wobei nur soviel Reduktionsmittel nachgefördert wird, wie für die Abgasnachbehandlung verbraucht wird.
  • Die EP 07 32 485 A2 beschreibt eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem NOX-Absorber Zur Regeneration des NOX-Absorbers wird das Luft-Kraftstoffverhältnis reduziert, um ein unterstöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis im Abgas zu erhalten. Dies geschieht in dem das Verbrennungsverfahren von Diffusionsverbrennung auf vorwiegend vorgemischte Verbrennung geändert wird. Dadurch kann insbesondere bei Dieselmotoren eine Regeneration des NOX-Absorbers durchgeführt werden.
  • Ferner ist aus der DE 198 04 429 A1 ein Verfahren zum schnellen Erreichen der Aktivierungstemperatur eines motornah angeordneten Katalysators einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine bekannt, bei dem bei Kaltstart das Ladungsgemisch angefettet und bei einem Zylinder die Zündung ausgesetzt wird, so dass dessen Ladung ungezündet in das Abgasrohr vor dem Katalysator gelangt. Durch Zünden des brennfähigen Gemisches vor dem Katalysator schlägt die Flamme in den Katalysator und erwärmt diesen in kurzer Zeit auf Starttemperatur.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfach Weise eine Regeneration eines Abgasnachbehandlungssystems zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch ermöglicht, dass während zumindest einer Schubphase und/oder zumindest einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht und ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, wobei durch Ein stellen des Kraftstoff-Luftverhältnisses und/oder der Temperatur und/oder des Brennraumdruckes eine Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches verhindert wird. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird in einer exothermen Reaktion im Abgasnachbehandlungssystem mit oxidierenden Elementen (Oxidationskatalysator, NOX-Adsorber, katalytisch beschichteter Partikelfilter etc.) thermisch umgesetzt, wodurch das Abgasnachbehandlungssystem aufgeheizt wird.
  • Bislang wurde die Schubphase der Brennkraftmaschine zum Aufheizen des Abgasnachbehandlungssystems nicht genützt. Gemäß der Erfindung wird durch Androsselung und Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches beim Dieselmotor im Schubbetrieb und/oder im Leerlauf ein Aufheizen des Abgasnachbehandlungssystems dadurch ermöglicht, dass Kraftstoff so in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, dass er nicht zündet. Der gut aufbereitete und homogenisierte Kraftstoff gelangt in den Katalysator, den Partikelfilter oder den NOX-Adsorber, in dem er dann konvertiert und ihn dabei während der Schubphase aufheizt.
  • In einer besonderen Ausführungsvariante ist bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine vorgesehen, dass in Brennräumen eines Zylinders oder in den Brennräumen einer Teilmenge aller Zylinder jeweils ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch unterhalb der Zündgrenze erzeugt wird. In den restlichen Zylindern wird ein zündfähiges Gemisch erzeugt, wodurch diese den gleichförmigen motorischen Betrieb, insbesondere in der Leerlaufphase, aufrecht erhalten können.
  • Durch das beschriebene Verfahren wird ein besonders schnelles Ansprechen des Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht. Es kann ohne eine Nacheinspritzung eine Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems erreicht werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, einer viel geringeren Schmierölverdünnung.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
  • Die Figur zeigt schematisch einen Zylinder 1 einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem im Zylinder 1 hin- und her gehenden Kolben 2. In den Brennraum 3 mündet zumindest ein durch ein Einlassventil 4 gesteuerter Einlasskanal 5. Vom Brennraum 3 geht zumindest ein durch ein Auslassventil 6 gesteuerter Auslasskanal 7 aus. Der Auslasskanal 7 steht mit einem Auslasssystem 8 in Verbindung, welches ein Abgasnachbehandlungssystem 9 mit oxidierenden Elementen aufweist. Das Abgasnachbehandlungssystem 9 kann beispielsweise ein Stickoxidadsorber sein.
  • In den Brennraum 3 mündet weiters eine Einspritzeinrichtung 11 zur direkten Kraftstoffeinspritzung ein.
  • Während einer Schubphase oder einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine wird – zusätzlich zu dem für den jeweiligen Motorbetrieb benötigten Kraftstoff – in den Brennraum 3 Kraftstoff eingebracht. Der Kraftstoff kann dabei über die Einspritzeinrichtung 11 direkt in den Brennraum 3 eingespritzt oder über eine zusätzliche Kraftstoffzuführeinrichtung in den Einlasskanal 5 eingebracht werden. Wesentlich ist, dass ein zumindest annähernd homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum 3 entsteht und durch Androsselung die Zylinderfüllung reduziert wird, so dass keine Zündung möglicht ist. Dieses Kraftstoff-Luftgemisch wird während der Auslassphase in den Auslasskanal 7 geschoben und gelangt in das Abgasnachbehandlungssystem 9. Durch die oxidierenden Elemente des Abgasnachbehandlungssystems 9 kommt es zu einer exothermen Reaktion, wobei das Kraftstoff-Luftgemisch thermisch umgesetzt wird.
  • Während der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 3 wird die Ansaugströmung in den Brennraum 3 gedrosselt. Die Drosselung kann über das Einlassventil 4 oder ein separates Drosselorgan 12 erfolgen.
  • Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine kann das Verfahren, beispielsweise während der Leerlaufphase, nur bei einzelnen Zylindern 1 angewandt werden. Die restlichen Zylinder arbeiten im normalen Motorbetrieb und gewährleisten die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Leerlaufphase. Während der Schubphase kann das Verfahren bei allen, oder auch nur bei einzelnen Zylindern 1 angewandt werden.
  • Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders für Diesel-Brennkraftmaschinen mit oxidierende Elemente aufweisenden Abgasnachbehandlungssystemen. Es kann aber genauso bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Oxidationskatalysatoren eingesetzt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Aufheizen von Abgasnachbehandlungssystemen, insbesondere von Partikelfiltern, Stickoxidadsorbern, Oxidationskatalysatoren, Dreiwegkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren, bei Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest einer Schubphase und/oder zumindest einer Leerlaufphase der Brennkraftmaschine in mindestens einen Brennraum Kraftstoff eingebracht und ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch im Brennraum erzeugt wird, wobei durch Einstellen des Kraftstoff-Luftverhältnisses und/oder der Temperatur und/oder des Brennraumdruckes eine Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches verhindert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Kraftstoffeinspritzung die Ansaugströmung angedrosselt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 bei einer Mehrzylinderbrennkraftma- schine, dadurch gekennzeichnet, dass im Brennraum nur eines Zylinders oder in den Brennräumen einer Teilmenge aller Zylinder jeweils ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt wird, wobei durch Einstellen des Kraftstoff-Luftverhältnisses und/oder der Temperatur und/oder des Brennraumdruckes eine Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches verhindert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine nach dem Diesel-Verfahren betrieben wird.
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