DE4313348A1 - Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritzbrenn­ kraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, der Reduktionsmittel zur Reduzierung von Stickoxiden zuführbar sind, nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der EP 0 488 386 A1 ist eine derartige Einspritzbrenn­ kraftmaschine bekannt, bei der zur Stickoxidreduzierung die Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Nebeneinspritzleitung ver­ sehen ist, die von einer die Hochdruckpumpe und die Hauptein­ spritzdüse verbindenden Einspritzleitung abzweigt und zu einer in das Luftansaugrohr hineinragenden und magnetventilgesteuerten Nebeneinspritzdüse führt (Fig. 7).

Die für die Verbrennung bestimmte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgt durch die Hauptein­ spritzdüse, während die zur Stickoxidreduzierung dienende Zu­ satzeinspritzung in das Luftansaugrohr durch die Nebenein­ spritzdüse zum Zeitpunkt des Überschneidungs-0T erfolgt, bei dem Einlaß- und Auslaßventil gleichzeitig kurzweilig geöffnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfachere bauaufwandärmere und hinsichtlich Verbrauch wirkungsvollere Maßnahmen an einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art den künftig strengeren Anforderungen gerechter werdende Stickoxidabsenkungen zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Dadurch, daß nicht nur die zur Verbrennung bestimmte Kraft­ stoffmenge, sondern auch eine die Reduzierung der Stickoxide bewirkende Kraftstoffmenge mit einer einzigen Kraftstoffein­ spritzdüse realisiert wird, ist eine mit wesentlich geringerem Fertigungsaufwand verbundene Ausführung erreicht, bei der die einzige Kraftstoffeinspritzdüse zweimal innerhalb eines Ar­ beitsspieles der Brennkraftmaschine mit definiertem zeitlichem Abstand oder bei einer Ausführung mit Vor- und Haupteinsprit­ zung dreimal angesteuert wird.

Die Zusatzeinspritzung findet in der Endphase bzw. nach Ab­ schluß der Verbrennung zwischen 20° und 50° nach 0T statt; der Kraftstoff, z. B. Dieselkraftstoff als Nachspritzer, nimmt also nicht an der Verbrennung teil und wird unter hohem Druck in den Brennraum bei optimaler Zerstäubung eingespritzt, verdampft dort, vermischt sich mit Luft und den Verbrennungsgasen, redu­ ziert die NO_x-Moleküle noch im Brennraum im heißen Gas und strömt zum Abgasreiniger, einem Denox-Katalysator, z. B. in der Ausführung als Zeolith oder Perowskit.

Im Denox-Katalysator bilden sich Reaktionen zwischen den NO_x- Molekülen und den hochreaktiven Kohlenwasserstoffbruchstücken oder reaktionsfreudigen Radikalen, was zur Reduktion der NO_x-Molekühle in Stickstoff und Sauerstoff führt.

Die Zusatzeinspritzung bietet sich insbesondere bei Einspritz­ systemen an, die auf Basis des Common-Rail-Prinzips arbeiten, da hier stets hohe Drücke im Speichersystem zur Verfügung ste­ hen, die sich vorteilhaft auf die Zerstäubungsgüte auch bei der Zusatzeinspritzung auswirken.

Für die Zusatzeinspritzung sind aber auch sogenannte elektro­ nisch angesteuerte Steck-Pumpe-Düsen verwendbar. Die Zusatz­ einspritzung ist sowohl für Vorkammer- und Wirbelkammerbrennkraftmaschinen als auch für direkteinsprit­ zende Brennkraftmaschinen geeignet und auch einsetzbar bei Einspritzsystemen mit Vor- und Haupteinspritzung.

Durch die stickoxidreduzierenden Maßnahmen sind wichtige Para­ meter frei einstell- bzw. wählbar, wie die Menge des Redukti­ onsmittels, der Zeitpunkt der Einbringung und die Höhe des Drucks, wodurch die Aufbereitung des Reduktionsmittels im Hin­ blick auf die Reduktionsraten optimierbar ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Eine mehrzylindrige luftverdichtende Einspritzbrennkraftma­ schine 1 weist eine nach dem Common-Rail-System arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage 2 auf, die aus einer Hochdruckpumpe 3 und beispielsweise vier magnetventilgesteuerten Einspritzdüsen 4 besteht, die allesamt mit einem als Speicher wirkenden Ver­ teilungsrohr 5 verbunden sind, in dem der von der Hochdruck­ pumpe 3 geförderte Kraftstoff, nämlich Dieselkraftstoff, auf hohem Druckniveau für die Kraftstoffeinspritzung und für die mit zeitlichem Abstand nachfolgende Zusatzeinspritzung pro Zy­ linder 6 gehalten wird.

Die Ansteuerung der mit den Einspritzdüsen 4 zusammenwirkenden Magnetventile 7 erfolgt durch eine betriebsparameterabhängig arbeitende Steuereinheit 8. Als Eingabegrößen sind z. B. die Drehzahl n, Last L, Kühlwassertemperatur K_t und sonstige Para­ meter vorgesehen.

Jede Einspritzdüse 4 wird pro Arbeitsspiel zweimal angesteuert, d. h. die erste Ansteuerung bestimmt die für die Verbrennung vorgesehene Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzung und die zweite Ansteuerung bestimmt die für die Stickoxidreduktion er­ forderliche Einspritzmenge der Zusatzeinspritzung, wobei diese der Kraftstoffeinspritzung um etwa 20°-50° nach 0T nacheilt, und zwar nach Abschluß der Verbrennung. Anstelle einer Zusatzeinspritzung pro Arbeitsspiel für alle Zylinder ist je nach Anforderung und Ausführung des Abgasreinigers 10 auch eine zyklische Einspritzung durchführbar, d. h. Zusatzeinspritzung nur jedes zweiten, dritten oder x-ten Arbeitsspieles, wobei die Zusatzeinspritzung nur an ausgewählten Zylindern stattfinden kann, die dann in einen bestimmten Regelzyklus umgeschaltet werden.

Die Menge der Zusatzeinspritzung beträgt weniger als 2% der Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzung, wobei der Ein­ spritzdruck deutlich über dem Brennraumdruck liegt.

Die NO_x-haltigen Abgase gelangen in einen in der Abgasleitung 9 angeordneten und als Denox-Katalysator ausgebildeten Abgasrei­ niger 10, in dem Kohlenwasserstoffbruchstück oder Radikale die vorliegenden NO_x-Werte reduzieren.

Als Denox-Katalysator sind z. B. Zeolithe, Perowskite oder edelmetallhaltige Katalysatoren einsetzbar.

Claims (5)

1. Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Ab­ gasnachbehandlungseinrichtung, der Reduktionsmittel zur Redu­ zierung von Stickoxiden zuführbar sind, mit einer Kraftstoff­ einspritzanlage, bestehend aus einer Hochdruckpumpe und minde­ stens einer Einspritzdüse mit für die Verbrennung vorgesehener Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine, sowie mit einer magnetventilgesteuerten stickoxidreduzierenden Zusatzeinspritzung, wobei beide Einspritzungen innerhalb eines Arbeitsspieles mit zeitlichem Abstand voneinander erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Kraftstoffeinspritzung vorgesehene Kraftstoff­ einspritzdüse (4) zugleich für die Zusatzeinspritzung vorgese­ hen ist, die als Nachspritzer frühestens in der Endphase der Verbrennung zwischen 20° und 50° nach 0T erfolgt.

2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Kraftstoffeinspritzung verwendete Kraftstoff auch für die Zusatzeinspritzung herangezogen wird.

3. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinspritzung für eine nach dem Common-Rail-System arbeitende Kraftstoffeinspritzanlage oder elektronisch ange­ steuerte Steckpumpe (2) vorgesehen ist.

4. Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzdruck der Zusatzeinspritzung deutlich über dem maximalen Brennraumdruck liegt.

5. Einspritzbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge der Zusatzeinspritzung kleiner als die­ jenige der für die Verbrennung vorgesehenen Kraftstoffein­ spritzung ist.