DE19615547C2 - Verfahren zur Regelung der HC-Anreicherungskonzentration im Dieselmotorabgas - Google Patents

Verfahren zur Regelung der HC-Anreicherungskonzentration im Dieselmotorabgas

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der HC-Anreicherungskonzentration im Abgas eines Dieselmotors für die NOX-Reduktion in einem Dieselkatalysator.
Es ist bekannt, beim Dieselmotor zur Abgasminimierung eine weit­ gehende Reduzierung der NOX-Abgaskonzentration dadurch zu errei­ chen, daß das aus dem Motor kommende Abgas mit Kohlenwasserstof­ fen angereichert wird, welche die NOX-Reduktion in einem nachge­ schalteten Dieselkatalysator fördern. Bei einer bekannten Dieselkatalysatorvariante, dem sogenannten DeNOX-Katalysator, ist für eine optimale NOx-Reduktion beispielsweise ein HC/NOX-Ver­ hältnis von 3/1 im Abgasstrom erforderlich.
Zur HC-Anreicherung des Dieselmotorabgases ist es zum einen be­ kannt, diese Kohlenwasserstoffe z. B. in Form von ohnehin vorhan­ denem Dieselkraftstoff mittels Zusatzpumpe und Eindüseinrichtung in die Auspuffanlage geregelt einzuspritzen. Die Verwendung von Dieselkraftstoff zur HC-Anreicherung hat besonders beim Einsatz in Kraftfahrzeugen den Vorteil, daß kein zusätzlicher Kohlenwas­ serstofftank mitgeführt werden muß. Als Stellgröße dient dabei die in die Abgasanlage eingespritzte Kohlenwasserstoffmenge.
Alternativ zur Einspritzung in die Auspuffanlage ist es bekannt, eine geeignete Kraftstoffmenge über die Einspritzanlage des Mo­ tors zusätzlich in den Brennraum einzuspritzen, die dann unver­ brannt zur HC-Anreicherung des Abgases zur Verfügung steht. Eine derartige Dieselmotoranlage ist beispielsweise in der Patent­ schrift US 5.174.111 beschrieben. Dem dortigen Kraftstoffein­ spritzventil kann in geregelter Weise Zusatzluft zugeführt wer­ den, mit der die Zerstäubung des Kraftstoffs und damit der Grad von dessen Verbrennung im Brennraum gesteuert werden kann. Als Stellgröße für die Regelung der HC-Anreicherungskonzentration im Dieselmotorabgas dient dort folglich die Menge an Zusatzluft, die dem Einspritzventil zwecks Kraftstoffzerstäubung zugeführt wird, wobei diese Einstellung über ein geeignetes Ventil er­ folgt. Die Ansaugluftmenge im Ansaugluftkanal bleibt von dieser Zusatzlufteinstellung für die Regelung der HC-Anreicherungs­ konzentration unbeeinflußt. Alternativ ist es auch möglich, eine geregelt veränderliche Kraftstoffmenge zur HC-Anreicherung nach der eigentlichen Verbrennung in den Brennraum einzuspritzen.
In der Offenlegungsschrift JP 4-224221 (A) ist ein Betriebsver­ fahren für einen Dieselmotor beschrieben, bei dem ein Überschuß­ luftverhältnis bei gleichbleibender Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der Katalysatorbett-Temperatur eines Diesel­ katalysators so eingestellt wird, daß die Katalysatorbett- Temperatur in einem Bereich bleibt, in welchem der Katalysator ein hohes NOX-Umsetzungsverhältnis aufweist.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, das ver­ gleichsweise einfach und ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen realisierbar ist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diesem Verfahren liegt die von den Erfindern festgestellte Erkenntnis zugrunde, daß sich bei sonst gleichbleibenden Parametern bei Drosselung der Ansaugluft die HC-Anreicherungskonzentration im Dieselmotor­ abgas erhöht. Es wird daher bei diesem Verfahren vorgesehen, die HC-Anreicherungskonzentration im Dieselmotorabgas durch passen­ den Einstellung der Ansaugluftmenge zu regeln, d. h. die Ansaug­ luftmenge bildet die Stellgröße dieser Regelung. Eine separate, geregelte Kohlenwasserstoffeinspritzung zur HC-Anreicherung des Abgases ist folglich bei diesem Verfahren nicht unbedingt erfor­ derlich, so daß auch keine aufwendige, in Abhängigkeit von der HC-Anreicherungskonzentration anzusteuernde Dosiereinrichtung für die HC-Zugabe zwingend benötigt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm einer Dieselmotoranla­ ge für ein Kraftfahrzeug mit DeNOX-Kataloysator.
Die in der Figur gezeigte Dieselmotoranlage beinhaltet in her­ kömmlicher Weise einen Dieselmotor (1), einen Ansaugtrakt (2) mit einem Drosselorgan (3) zur Einstellung der Ansaugluftmenge und eine Abgasleitung (4), in die ein DeNOX-Katalysator (5) ein­ gebracht ist. Für eine optimale NOX-Reduktion in diesem Katalysa­ tor (5) sollte das HC/NOX-Verhältnis im Abgasstrom des Dieselmo­ tors (1) ungefähr 3/1 betragen.
Um dies zu gewährleisten, beinhaltet die Dieselmotoranlage einen entsprechenden Regelkreis mit einem als Regler fungierenden, zentralen Steuergerät (6), das beispielsweise vom Motorsteuerge­ rät gebildet sein kann, einer Abgassensorik (7) und dem Drossel­ organ (3) im Ansauglufttrakt (2) als Stellglied. Die Abgassenso­ rik (7) ist zur Messung der HC-Konzentration und der NOX-Konzen­ tration im Abgasstrom vor dem Katalysator (5) eingerichtet. Der­ artige Sensoren sind bekannt und bedürfen hier keiner näheren Beschreibung. Beispielsweise kann hierfür unter anderem eine ge­ eignete Lambda-Sonde zum Einsatz kommen.
Die gezeigte Dieselmotoranlage wird verfahrensgemäß wie folgt betrieben. Für jeden Arbeitstakt wird zunächst die vom Motor­ steuergerät als optimal ermittelte Kraftstoffmenge für die Ver­ brennung eingespritzt. Der Regler (6) erfaßt über die Abgassen­ sorik (7) laufend das im Abgasstrom vor dem Katalysator (5) vor­ liegende HC/NOX-Verhältnis. Sobald er erkennt, daß dieses Ver­ hältnis vom optimalen Wert von 3/1 abweicht, steuert er das Drosselorgan (3) passend an, um mit einer entsprechenden Ände­ rung des Öffnungswinkels des Drosselorgans (3) die Abweichung der HC-Anreicherungskonzentration im Abgas wieder zu eliminie­ ren. Ist beispielsweise die momentane HC-Anreicherungskonzen­ tration zu niedrig, wird das Drosselorgan (3) in Richtung seiner Geschlossenstellung verstellt und damit die Ansaugluftmenge et­ was reduziert, bis die HC-Anreicherungskonzentration wieder auf ihren optimalen Wert angestiegen ist.
Mit dieser einfach realisierbaren Regelung wird folglich gewähr­ leistet, daß im DeNOX-Katalysator (5) immer die richtige HC- Anreicherungskonzentration zur optimalen NOX-Reduktion vorliegt. Da die Regelung in einfacher Weise auf das ohnehin als regulier­ bares Element vorhandene Drosselorgan (3) einwirkt, sind aufwen­ dige Einspritz- und Dosiereinrichtungen zur zusätzlichen Zugabe von Kohlenwasserstoffen in das Abgas nicht unbedingt erforder­ lich. Bei Bedarf kann optional das Nacheinspritzen einer kon­ stanten Kraftstoffgrundmenge zur HC-Anreicherung in den Brenn­ raum nach Beendigung des eigentlichen Verbrennungsvorgangs vor­ gesehen werden, wobei keine aufwendige Regelung hinsichtlich dieser Grundmenge erforderlich ist. Alternativ dazu kann die Kraftstoffgrundmenge zur HC-Anreicherung auch mittels einer di­ rekt in die Abgasleitung (4) eingesetzten Eindüseinrichtung und einer zugehörigen Zusatzpumpe in das Dieselmotorabgas einge­ sprüht werden. Auch in diesem Fall braucht diese Einspritzmenge in die Abgasleitung (4) nicht verändert zu werden, sondern kann konstant gehalten werden, was eine aufwendige Dosierregelung er­ übrigt, da die Einregelung der HC-Anreicherungskonzentration al­ lein über die geeignete Verstellung des Drosselorgans (3) im An­ saugtrakt (2) vorgenommen wird.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regelung der Anreicherungskonzentration von Kohlenwasserstoffen im Abgas eines Dieselmotors, die für die NOX- Reduktion in einem Dieselkatalysator genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellgröße zur Regelung der HC-Anreicherungskonzentration die über ein zugehöriges Drosselorgan einstellbare Ansaugluft­ menge für den Dieselmotor herangezogen wird.
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