EP0922846A2 - Verfahren zur NOx-Reduzierung an gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine according to the generic term of claim 1.
  • the invention is based on the object for controlling the ⁇ -value of the internal combustion engine such that x -reduction to NO can be herwall up to the misfire limit.
  • the mixture can be leaned or enriched to the extent that the misfire limit is reached but not exceeded in any operating state of the internal combustion engine.
  • the NO x reduction is thus brought up to the physically possible limit.
  • the exhaust gas temperature is a function of the mass average temperature, so that this can be used as a substitute size.
  • the exhaust gas temperature is easy to detect with a temperature sensor and can be in the engine control unit can be used to control the ⁇ value.
  • Claim 3 Another advantageous method for determining the mean mass temperature can Claim 3 can be taken.
  • the exhaust gas temperature is converted from relevant engine parameters determined as a substitute quantity depending on the mean mass temperature and this is used as a control signal for the ⁇ value.
  • the cylinder pressure curve can be measured with a pressure measuring probe are calculated from this and the mass average temperature and for the control of Lambda can be used.
  • the method according to the invention for operating a mixture-compressing internal combustion engine in lean operation with ⁇ always greater than 1 is that one recognizes has that the critical limit for ⁇ in dynamic operation is not a fixed limit, but a sliding limit that depends on the average mass temperature in the combustion chamber.
  • the method according to the invention begins, which consists in that ⁇ as a function of the average mass temperature of the compressed fuel-air mixture treated in the combustion chamber. Because this mass mean temperature cannot be determined directly is, according to the invention, the procedure is such that this variable can be measured determined, for example, that the exhaust gas temperature with a temperature sensor determined and with an engine control unit the mass average temperature as one Function of the exhaust gas temperature is calculated and the calculation result of the control of the is based on the maximum possible ⁇ value or the exhaust gas temperature as a substitute variable used for the mean mass temperature for ⁇ adjustment.
  • Another possibility for smooth control of the lambda value arises by measuring the cylinder pressure curve using a pressure sensor. With help the mean temperature of the fire can be calculated and so that the lambda value can be adjusted.
  • the method according to the invention can also be used in dynamic driving go to the dropout limit with ⁇ , but without exceeding it.
  • ⁇ the maximum utilization of the theoretically possible spectrum for the value ⁇ is one Guaranteed minimization of pollutant levels, especially of NOx.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur NOx-Reduzierung an gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, welche im Magerbetrieb, also mit λ > 1 gefahren werden. Besonders Gasmotoren werden zur NOx-Reduzierung mit hohem Luftüberschuß gefahren. Erfindungsgemäß wird dieser Luftüberschuß im instationären Betrieb so geregelt, daß man mit dem λ- Wert bis an die Aussetzergrenze geht. Da diese Aussetzergrenze eine Funktion der Massenmitteltemperatur ist, wird diese für die Regelung des λ- Wertes verwendet. Bei hoher Massenmitteltemperatur wird λ erhöht und bei niedriger Massenmitteltemperatur wird λ gesenkt, so daß man sich mit λ immer an der höchst zulässigen Grenze bewegt. Die Massenmitteltemperatur kann erfindungsgemäß über die Abgastemperatur oder rechnerisch aus dem Zylinderdruckverlauf bestimmt werden. Durch die hohen λ- Werte wird der NOx-Gehalt der Abgase spürbar erniedrigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Reduzierung der NOx-Werte bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es bekannt, mit einem Brennstoff-Luftgemisch mit λ > 1 im Magerbetrieb zu fahren. Aufgrund der im stationären Betrieb hohen Massenmitteltemperaturen im Brennraum einer Brennkraftmaschine müssen im Hinblick auf eine niedrige NOx-Emission hohe Lambda-Werte eingestellt werden.
Schwierigkeiten ergeben sich beim instationären Betrieb. z.B. Beschleunigungsvorgänge aus einer niedrigen Motordrehzahl, wenn die Massenimtteltemperatur im Brennraum gegenüber dem stationären Betrieb geringer ist und dadurch sich die Aussetzergrenze nach niedrigeren Lambda-Werten verschiebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den λ-Wert der Brennkraftmaschine derart zu steuern, daß zur NOx-Reduzierung bis an die Aussetzergrenze hergegangen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Dadurch, daß die Steuerung der λ-Werte durch die Massemitteltemperatur erfolgt, kann man in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Gemisch soweit abmagern bzw. anfetten, , daß man an die Aussetzergrenze herankommt, diese aber nicht überschreitet. Die NOx-Reduzierung wird somit bis an die physikalisch mögliche Grenze herangeführt.
Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur kann Anspruch 2 entnommen werden. Die Abgastemperatur ist eine Funktion der Massenmitteltemperatur, so daß diese als Ersatzgröße herangezogen werden kann. Die Abgastemperatur ist leicht mit einem Temperatursensor erfaßbar und kann im Motorsteuergerät zur Steuerung des λ-Wertes verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Methode zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur kann Anspruch 3 entnommen werden. Aus relevanten Motorparametern wird die Abgastemperatur in Abhängigkeit der Massenmitteltemperatur als Ersatzgröße ermittelt und diese als Steuerungssignal für den λ-Wert herangezogen.
Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur geht aus Anspruch 4 hervor. Mit einer Druckmeßsonde kann der Zylinderdruckverlauf gemessen werden und daraus die Massenmitteltemperatur errechnet und für die Steuerung von Lambda verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine im Magerbetrieb mit λ stets größer als 1 besteht darin, daß man erkannt hat, daß die kritische Grenze für λ im dynamischen Betrieb keine feste Grenze ist, sondern eine gleitende Grenze, die von der Massenmitteltemperatur im Brennraum abhängt.
Das Problem besteht nun darin, daß die Temperatursensoren nach dem derzeitigen Stand der Technik zu träge sind, um diese Massenmitteltemperatur unmittelbar zur gleitenden Steuerung des nach physikalischen Gesetzen maximal möglichen Wertes von λ heranzuziehen. Nach dem Stand der Technik ist man genötigt im dynamischen Fahrbetrieb λ zu senken, um Zündaussetzer zu vermeiden. Durch die Senkung von λ nimmt man allerdings steigende NOx Konzentrationen im Abgas in Kauf.
Hier setzt nun das erfindungsgemäße Verfahren ein, das darin besteht, daß man λ als eine Funktion der Massenmitteltemperatur des verdichteten Brennstoff-Luftgemisches im Brennraum behandelt. Da diese Massenmitteltemperatur nicht direkt zu ermitteln ist, wird erfindungsgemäß so verfahren, daß man diese Größe aus meßbaren Parametern ermittelt, beispielsweise, daß man die Abgastemperatur mit einem Temperatursensor ermittelt und mit einem Motorsteuergerät die Massenmitteltemperatur als eine Funktion der Abgastemperatur errechnet und das Rechenergebnis der Steuerung des maximal möglichen λ-Wertes zugrunde liegt oder die Abgastemperatur als Ersatzgröße für die Massenmitteltemperatur zur λ- Anpassung verwendet.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man die Abgastemperatur nicht direkt bestimmt, sondern diese aus Last, Drehzahl Kühlmitteltemperatur und Umgebungstemperatur im Motorsteuergerät errechnet und als Funktion dieses Rechenergebnisses wiederum auf die Massenmitteltemperatur im Brennraum schließt und damit den λ-Wert regelt.
Eine weitere Möglichkeit der gleitenden Steuerung des Lambda-Wertes ergibt sich durch die Messung des Zylinderdruckverlaufes mittels eines Drucksensors. Mit Hilfe der Brennverlaufsanalyse kann die Massenmitteltemperatur errechnet werden und damit der Lambda-Wert angepaßt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auch im dynamischen Fahrbetrieb mit λ bis an die Aussetzergrenze gehen, ohne diese jedoch zu überschreiten. Durch die maximale Ausschöpfung des theoretisch möglichen Spektrums für den Wert λ ist eine Minimierung der Schadstoffanteile, insbesondere von NOx gewährleistet.

Claims (4)

  1. Verfahren zur NOx-Reduzierung an gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, bei dem die Brennkraftmaschine stets mit einem Luftverhältnis von λ > 1 im Magerbetrieb gefahren wird und der λ-Wert des BrennstoffLuftgemisches von einem Motorsteuergerät geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der λ-Wert in Abhängigkeit von einer Massenmitteltemperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine gleitend geregelt wird, derart, daß bei kleiner Massenmittletemperatur λ erniedrigt, bzw. bei großer Massenmitteltemperatur λ erhöht wird, so daß die Brennkraftmaschine in jedem Betriebszustand in der Nähe der Aussetzergrenze betrieben werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur mittels eines Temperatursensors ermittelt wird, und daß die Abgastemperatur als eine Funktion der Massenmitteltemperatur mittels des Motorsteuergerätes zur Steuerung des λ-Wertes benutzt wird.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur zunächst aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie z.B. Last, Drehzahl, Kühlmitteltemperatur, Umgebungstemperatur im Motorsteuergerät errechnet wird und daß diese Werte als Funktion der Massenmitteltemperatur zur Steuerung des λ-Wertes verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem gemessenen Zylinderdruckverlauf auf rechnerischem Weg die Massenmitteltemperatur zur Steuerung des λ-Wertes ermittelt wird.
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