DE19644407A1 - Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Emis
sionen einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des An
spruchs 1 angegebenen Gattung.
In der DE-OS 22 54 895 ist ein Verfahren zur Behandlung von Mo
torabgasen beschrieben, wobei in den Abgasstrang einer Brenn
kraftmaschine während des Motor-Anfangsbetriebs stromauf eines
ersten Katalysators zusätzlich Brennstoff eingespritzt wird.
Durch das Zusetzen einer Kraftstoffmenge in das Abgas unmittel
bar vor dem vordersten Katalysator wird sichergestellt, daß der
Katalysator rascher auf eine Temperatur gebracht wird, die zur
Einleitung und Aufrechterhaltung der Oxidation von Kohlen
monoxid und Kohlenwasserstoffen im Abgas führt.
In der DE 43 38 883 A1 ist eine Katalysatoranordnung zur Reduk
tion von in sauerstoffhaltigen Abgasen enthaltenen Stickoxiden
beschrieben. Diese Katalysatoranordnung enthält mehrere in Ab
gasströmungsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Katalysa
toren gleichen Aufbaus, die sowohl reduzierend als auch oxidie
rend wirken. Mittels einer Dosiereinrichtung, der Signale für
die Abgastemperatur zugeführt werden, erfolgt eine Kraftstoff
zufuhr von Abgas vor dem jeweiligen Katalysator. Diese Anord
nung ist für das Abgas von Dieselmaschinen oder Ottomaschinen,
die mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch betrieben werden, vor
gesehen.
Die bekannten Anordnungen erfordern einen zusätzlichen Bauauf
wand, um die zusätzliche Kraftstoffmenge in die Abgasleitung
einzubringen und entsprechend zu dosieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Reduzierung der Emissionen einer Brennkraftmaschine
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu
schaffen, das bei einem verminderten Bauaufwand sicher durch
führbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Direkteinspritzende Ottomotoren können gegenüber solchen mit
Saugrohreinspritzung in der Warmlaufphase deutlich magerer be
trieben werden. Diese Maßnahme senkt die Koh
lenwasserstoffemission deutlich ab. Zusätzlich zu dieser be
kannten Maßnahme bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil,
daß die direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem
Luftüberschuß betrieben werden kann, wobei der Wert λ < 2 be
tragen kann. Als besonders bevorzugt wird ein Betrieb der
Brennkraftmaschine mit Luftüberschuß von λ 1,1 bis 1,4 angese
hen. Mittels des vorhandenen Injektors wird nach der eigentli
chen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches während des Aus
laßtaktes in den jeweiligen Zylinder eine definierte Menge Ot
to-Kraftstoff nachträglich eingespritzt. Dabei ist die Kraft
stoffmenge so bemessen, daß die nicht verbrannte Luftmasse
aufoxidiert werden kann. Der nacheingespritzte Kraftstoff und
die unverbrannten Kohlenwasserstoffe verbrennen mit dem
Restsauerstoff in einer exothermen Reaktion. Dies führt zu ei
ner umgehenden starken Erhöhung der Abgastemperatur, wodurch
der Katalysator rasch auf Betriebstemperatur gebracht wird.
Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich eine deutliche Re
duzierung der Warmlaufemission und zwar durch den Magerbetrieb
im Warmlauf, die Sekundärrektionen im Auslaßkanal und das
schnelle Anspringen des Katalysators. Da keine zusätzlichen Sy
steme zur Kraftstoff und/oder Lufteinbringung in der Abgaslei
tung erforderlich sind, ergibt sich gegenüber den bekannten Sy
stemen auch ein deutlicher Kostenvorteil. Da bei direktein
spritzenden Brennkraftmaschinen für jeden Zylinder ein Injektor
vorgesehen ist, erfordert es hardwareseitig keinen zusätzlichen
Bauaufwand, um die Nacheinspritzung in allen Zylindern der
Brennkraftmaschine durchzuführen.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung des Verfahrens wird aus
dem gemessenen λ-Wert ein Signal gebildet, das einer Steuerein
heit zuführbar ist. In dieser Steuereinheit wird ein Ausgangs
signal zum Ansteuern des Injektors berechnet, so daß mit Hilfe
der Nacheinspritzung lediglich die tatsächlich benötigte Kraft
stoffmenge eingespritzt wird.
In besonderer Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren
bei Brennkraftmaschinen, die mit einem NOx-Speicherkatalysator
ausgerüstet sind. Dabei wird im Betrieb mit λ-Werten < 1 das
Abgas einem Speicherkatalysator zugeführt und im Betrieb mit
einem Wert λ = 1 eine Abgasklappe geöffnet, so daß das Abgas
durch einen den Speicherkatalysator umgehenden Bypass strömt.
Während bei den bekannten Anordnungen mit NOx-Spei
cherkatalysator zum kurzzeitigen Umstellen auf ein fettes
oder stöchiometrisches Gemisch üblicherweise eine rasche Ände
rung des Luft- oder Kraftstoffliefergrades erfolgt, wodurch in
der Regel Drehmomentsprünge auftreten, hat die vorliegende Er
findung den Vorteil, daß die Brennkraftmaschine unabhängig von
der zusätzlichen Kraftstoffnacheinspritzung weiterhin mit dem
λ-Wert aus dem Kennfeld betrieben wird. Der zum sogenannten Aus
räumen des Katalysators notwendige Kraftstoff wird durch die
Nacheinspritzung dem heißen Abgas im Brennraum zugeführt und
verdampft sofort. Auf diese Weise steht dem Speicherkatalysator
das zur Regeneration notwendige fette Gemisch ohne Veränderung
der Motoreinstellung zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand der
Zeichnung, die eine schematische Darstellung eines Zylinders
einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage zeigt, näher er
läutert.
In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein Teil einer Brenn
kraftmaschine gezeigt mit einem Zylinder 1, in dem ein Brenn
raum 2 gebildet ist, der von einem Zylinderkopf 3 und einem in
dem Zylinder 1 geführten Kolben 4 begrenzt ist. In dem Zylin
derkopf 3 befindet sich ein Einlaßkanal 5 mit einem steuerbaren
Einlaßventil 7 sowie ein Auslaßkanal 6 mit einem steuerbaren
Auslaßventil 8. In dem Zylinderkopf 3 ist außerdem ein Injektor
9 angeordnet, der an eine Kraftstoffleitung 10 angeschlossen
ist und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum 2
dient. Der Injektor 9 wird von einer Steuereinheit 20 angesteu
ert, um die jeweils benötigte Kraftstoffmenge in den Brennraum
2 einzuspritzen.
An den Auslaßkanal 6 ist eine Abgasleitung 12 angeschlossen,
wobei am Beginn der Abgasleitung 12, das heißt unmittelbar nach
einem am Zylinderkopf 3 angeflanschten Abgaskrümmer, eine
Lambda-Sonde 11 angeordnet ist, die ein dem jeweiligen Meßwert
entsprechendes Signal an die Steuereinheit 20 liefert. Die Ab
gasleitung 12 umfaßt einen Leitungsabschnitt 12*, in dem eine
mittels eines Antriebs 19 bewegbare Abgasklappe 18 angeordnet
ist. An den Leitungsabschnitt 12* schließen sich zwei parallele
Zweigleitungen 12' und 12'' an, wobei in jeder der Zweigleitun
gen 12', 12'' ein Drei-Wege-Katalysator 15 bzw. 16 angeordnet
ist. In einem sich an die Zweigleitungen 12', 12'' an
schließenden gemeinsamen Endabschnitt 12''' ist eine Füh
rungssonde 17 angeordnet, die ein entsprechendes Signal der
Steuereinheit 20 zuführt. Die Abgasleitung 12 umfaßt außerdem
einen Leitungsabschnitt 13, der vor dem Leitungsabschnitt 12*
abzweigt und stromab der Abgasklappe 18 vor der Verzweigung der
Zweigleitungen 12' und 12'' wieder in die Abgasleitung 12 mün
det. In dem Leitungsabschnitt 13 ist ein
NOx-Speicherkatalysator 14 vorgesehen.
Das Verfahren zur Reduzierung der Emissionen der Brenn
kraftmaschine wird im wesentlichen in Abhängigkeit der mittels
der λ-Sonde 11 und der Führungssonde 17 erfaßten Luft- bzw. Ab
gaswerte in Verbindung mit einem in dem steuergerät 20 abgeleg
ten Kennfeld betrieben. Liegt der an der λ-Sonde 11 gemessene
Wert für λ < 1, so erzeugt das steuergerät 20 ein Signal, durch
das der Antrieb 19 die Abgasklappe 18 in die Schließstellung
bringt. Dadurch ist der als Bypass zu dem NOx-Speicherkatalysator
14 wirkende Leitungsabschnitt 12* geschlossen und das gesamte
Abgasvolumen wird durch den Leitungsabschnitt 13 und somit den
Speicherkatalysator 14 geleitet. Da in diesem Betriebsfall ein
Luftüberschuß im Abgas vorhanden ist, wird der Injektor 9 von
der Steuereinheit 20 derart angesteuert, daß im Auslaßhub des
Kolbens 4 in den Brennraum 2 des Zylinders 1 eine Kraftstoff
menge, deren Dosierung in der Steuereinheit 20 berechnet wird,
eingespritzt wird, wodurch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe
mit dem Restsauerstoff in einer exothermen Reaktion verbrennen.
Dadurch erhöht sich die Abgastemperatur unmittelbar sehr stark,
so daß sich der Katalysator rasch auf die Betriebstemperatur
erwärmt. Bei einer Betriebsweise des Motors mit λ-Werten = 1,
das entspricht der Teillast im oberen Bereich bzw. der Vollast,
wird durch ein von der Steuereinheit 20 erzeugtes Signal der
Antrieb 19 derart angesteuert, daß ein vollständiges öffnen der
Abgasklappe 18 erfolgt. Somit strömt das Abgasvolumen durch den
als Bypass dienenden Leitungsabschnitt 12* unmittelbar zu den
in den Zweigleitungen 12' und 12'' angeordneten Drei-Wege-Ka
talysatoren 15 und 16. Da in dieser Betriebsweise der Brenn
kraftmaschine sehr heißes Abgas den Brennraum verläßt und durch
den Leitungsabschnitt 12* das Abgas unmittelbar den Drei-Wege-Ka
talysatoren 15 und 16 zugeleitet wird, liegt der Speicherka
talysator 14 nicht im Abgasstrom und wird auf diese Weise vor
extremen hohen Temperaturen geschützt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, betrifft
das Verfahren nicht nur die Start- und Warmlaufphase der Brenn
kraftmaschine, obwohl ein wesentlicher Vorteil in der Emissi
onsreduzierung speziell in der Startphase zu sehen ist. Bei
Verwendung eines NOx-Speicherkatalysators ist es jedoch notwen
dig, in Abhängigkeit der Betriebszustände, nämlich im Magerbe
trieb, dem Speicherkatalysator kurzzeitig fette Kraftstoff-
Luft-Verhältnisse zuzuführen. Dies wird bei der Erfindung durch
die Direkteinspritzung in den Zylinder innerhalb des Auslaßhubs
durch eine zweite, nämlich die Nacheinspritzung erreicht. Da
durch ist es möglich, das Verbrennungsluftverhältnis unverän
dert zu lassen, so daß keine Momentensprünge an der Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine auftreten.
Im Rahmen der Erfindung wäre auch die Anordnung einer zweiten
Klappe 18a im Leitungsstrang 13 denkbar.
Schließlich wäre auch ein Abgassystem ohne jegliche Klappe vor
stellbar, sofern ein temperaturfester NOx-Speicherkatalysator
eingesetzt wurde.
Claims (5)
1. Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer mit minde
stens einem Drei-Wege-Katalysator (15, 16) ausgerüsteten Brenn
kraftmaschine durch Zugabe von Kraftstoff in die Verbrennungs
abgase, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches während
des Auslaßtaktes eine zusätzliche Kraftstoffmenge mittels eines
Injektors (9) in mindestens einen Zylinder (1) nachträglich
eingespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nacheinspritzung bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit
Luftüberschuß, das heißt λ < 1, erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nacheinspritzung in allen Zylindern (1)
der Brennkraftmaschine erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der λ-Wert gemessen und daraus ein Signal gebildet wird,
das einer Steuereinheit (20) zuführbar ist, in der die Kraft
stoffmenge für die Nacheinspritzung berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
daß im Betrieb mit λ-Werten < 1 das Abgas einem Speicherkata
lysator (14) zugeführt und im Betrieb mit einem Wert λ = 1 eine
Abgasklappe (18) geöffnet wird, so daß das Abgas durch einen
den Speicherkatalysator (14) umgebenden Bypass
(Leitungsabschnitt 12*) strömt.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19644407A DE19644407C2 (de) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer Brennkraftmaschine |
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DE19644407A DE19644407C2 (de) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer Brennkraftmaschine |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19644407A1 true DE19644407A1 (de) | 1998-04-30 |
DE19644407C2 DE19644407C2 (de) | 1999-09-23 |
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ID=7809988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19644407A Expired - Fee Related DE19644407C2 (de) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | Verfahren zur Reduzierung der Emissionen einer Brennkraftmaschine |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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