WO2012143025A1 - Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage - Google Patents

Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage Download PDF

Info

Publication number
WO2012143025A1
WO2012143025A1 PCT/EP2011/006123 EP2011006123W WO2012143025A1 WO 2012143025 A1 WO2012143025 A1 WO 2012143025A1 EP 2011006123 W EP2011006123 W EP 2011006123W WO 2012143025 A1 WO2012143025 A1 WO 2012143025A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
exhaust gas
fuel ratio
nox
way catalyst
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/006123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ortwin Balthes
Berthold Keppeler
Siegfried Müller
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Priority to US14/112,819 priority Critical patent/US20140041367A1/en
Priority to EP11804641.6A priority patent/EP2699771A1/de
Publication of WO2012143025A1 publication Critical patent/WO2012143025A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0418—Layout of the intake air cooling or coolant circuit the intake air cooler having a bypass or multiple flow paths within the heat exchanger to vary the effective heat transfer surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F02D23/02—Controlling engines characterised by their being supercharged the engines being of fuel-injection type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F02M26/10—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/24—Layout, e.g. schematics with two or more coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/08—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing
    • F01N2430/085—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing at least a part of the injection taking place during expansion or exhaust stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0412—Methods of control or diagnosing using pre-calibrated maps, tables or charts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1402—Exhaust gas composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Output signal of an exhaust gas sensor arranged downstream of the three-way catalyst in the exhaust gas purification system, which provides an output signal correlating with a NOx concentration of the exhaust gas, can thus obtain information about the air-fuel ratio and set this.
  • the ⁇ -value characterizing the air / fuel ratio is, as usual, to be understood as a ratio of the amount of oxygen actually present in the combustion air / fuel mixture to the theoretically minimum required oxygen quantity for complete combustion of the fuel.
  • a lean air-fuel mixture with an excess of air therefore has a ⁇ -value of greater than one.
  • a rich air-fuel mixture with a fuel surplus however, has a ⁇ -value of less than one.
  • the lambda value in the exhaust gas (exhaust ⁇ ) corresponds to the
  • Lambda value of the air-fuel mixture (combustion ⁇ ) with which the engine is operated is operated.
  • ⁇ Lambda value of the air-fuel mixture
  • the three-way catalyst may also be a classic (diesel) oxidation catalyst containing a catalyst material with the said three-way properties.
  • NOx are summarized at least the nitrogen oxides NO and N0 2 understood.
  • the SCR catalyst is a catalyst which can selectively and continuously reduce NOx under oxidizing conditions, ie at ⁇ > 1, 0, by means of ammonia (NH 3 ). Between the three-way catalyst and the SCR catalyst, a particulate filter is preferably arranged.
  • the exhaust gas sensor is preferably a NOx sensor. However, this does not rule out that this sensor except with the NOx concentration of the exhaust gas correlating output signal one or more other output signals can be provided, which correlate with the concentration of another exhaust gas component such as oxygen or with an exhaust gas state parameter such as the exhaust gas temperature.
  • This minimum temperature is preferably a catalyst temperature which is typical for a predefinable NO x conversion and which correlates with or corresponds to the so-called light-off temperature.
  • the catalyst temperature is measured directly or determined from an exhaust gas temperature determined or calculated before and / or after the catalytic converter, or equated to this.
  • Embodiment of the invention provided that from the correlating with the NOx concentration output of the exhaust gas sensor, a NOx lst conversion of the three-way catalyst is determined and an engine supplied amount of air and / or fuel quantity are changed until the NOx lst Turnover reaches a predetermined target NOx-conversion at least approximately.
  • the NOx actual conversion is determined by offsetting a raw NOx emission of the engine with the NOx content in the exhaust gas determined by means of the exhaust gas sensor downstream of the three-way catalytic converter.
  • recourse is preferably made to stored characteristic curves which represent a raw NOx emission of the engine for the respective operating conditions.
  • the raw NOx emission can also be determined metrologically by means of a suitable sensor upstream of the three-way catalyst.
  • a target value for the air-fuel ratio lying within a predefinable target range is set in the first operating range.
  • a range of about 0.95 ⁇ ⁇ 1.05 is preferred.
  • Target ranges with 0.97 ⁇ ⁇ 1, 0 or 0.98 ⁇ ⁇ 1.05 are particularly preferred.
  • an oscillating within the target range target value for the air-fuel ratio is set.
  • the oscillation frequency is preferably about 5 Hz to about 1 Hz. In this way, a good conversion performance of the three-way catalyst is ensured for both CO and HC and for NOx.
  • a pre-control value for the air-fuel ratio is set pilot-controlled by delivery of a required for a requested engine load fuel injection amount and at least approximately the amount of air required for their combustion and for setting the target value for the air-fuel ratio of the pilot value by at least one of the engine load At least approximately unaffected late post fuel injection is reduced.
  • the setting of the air volume provided for the ⁇ precontrol value is preferably carried out by setting a throttle valve arranged in the intake air line of the engine in conjunction with a charge pressure regulation and an inert gas or exhaust gas recirculation quantity setting to predeterminable pilot control values.
  • the fuel injection quantity required for setting the engine load can take place via one or more pre-injections made before top dead center, via a main injection made at about top dead center and optionally one or more post-injections, in particular torque-effective.
  • Provided is preferably at least one subsequent to the main injection post-injection.
  • the precontrol value for the air-fuel ratio is preferably lean. Particularly preferred is a precontrol value of
  • the at least one late post-injection used to set the exact ⁇ target value is not or at most low-torque effective. For this purpose, this is preferably done at crank angles of greater than 80 ° after top dead center, wherein preferably the amount of air and inert gas supplied to the engine remains unchanged.
  • the target range for the air-fuel ratio is predetermined by assigned desired NOx conversion values of the three-way catalyst, wherein for the assignment of air-fuel ratio values to desired NOx conversion values to a stored NOx conversion characteristic is used, which represents a dependence of the NOx conversion of the air-fuel ratio for the three-way catalyst.
  • This characteristic is preferably determined in advance and stored in a control unit for controlling the engine operation and / or the operation of the exhaust gas purification system. It is preferred if NOx conversion characteristics are provided for a wide variety of conditions, so that the current conversion behavior of the three-way catalyst can always be considered as known. It is advantageous to estimate an aging occurring over time and, if appropriate, to adapt the NOx conversion characteristic to an aging-related change in the NOx conversion behavior.
  • Also available in the control unit is preferably a map, which provides the current NOx raw emissions of the engine.
  • the correction values are preferably written in a characteristic map to be used for all relevant operating conditions of the first operating range for the ⁇ setting.
  • a setting of an air-fuel ratio of about 1.0 which takes place in connection with a subsequent engine start or warm-up, is thus made possible in an improved and more accurate manner.
  • the adaptation is carried out directly or at least for a short time before a thermal regeneration of a particle filter to be carried out. For such a reduced air-fuel ratio and an increased exhaust gas temperature are adjusted anyway, so that on the one hand reliable operation of the exhaust gas sensor is ensured and on the other hand practically no additional increased fuel consumption results.
  • the diesel engine is operated in the first operating range within a particular first temperature range for the three-way catalyst with a Schubrenn compiler with excess air.
  • a Schubrenn compiler with excess air.
  • the temperature of the three-way catalyst is preferably an exhaust gas temperature measured in front of or behind the three-way catalyst or a temperature determined in the catalyst bed itself
  • a further acceleration of the heating of the emission control system can be achieved if in a further embodiment of the invention in the first operating range within a particular second temperature range for the three-way catalyst, a three-way catalytic converter upstream electrical heating element is energized.
  • a heating element here is preferably a so-called E-Kat in question, which is connected as a disk-shaped, optionally catalytically coated and electrically heatable metal support element immediately upstream of the three-way catalyst. It is particularly preferred if, in a further embodiment of the invention, a starting of the electric heating element is started before performing an engine start.
  • This low-emission engine operation can be achieved very quickly or the pollutant emission during warm-up be kept particularly low. It is advantageous if, during the starting process itself, when electrical energy is required to crank the engine from a starter, the heating is temporarily deactivated.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a motor vehicle diesel engine with a
  • FIG. 2 shows a diagram with a schematic representation of operating ranges in which different operating conditions are provided
  • 3 is a graph showing an exemplary NOx conversion curve of the three-way catalyst.
  • the diesel engine 1 in this case has a two-stage supercharging and a two-stage exhaust gas recirculation and comprises an engine block 2 with working cylinders 3 with unspecified combustion chambers, wherein the working cylinders 3 and their respective combustion chamber by means of a high-pressure pump 4 fuel is supplied.
  • Combustion air can be supplied to the working cylinders 3 or their respective combustion chambers via an air supply system 5, and exhaust gas is removed from the working cylinders 3 via an exhaust gas tract 6.
  • an air filter 7 a first compressor 10 of a high-pressure exhaust gas turbocharger 11 formed first exhaust gas turbocharger, a second Compressor 8 arranged as a low-pressure exhaust gas turbocharger 9 second exhaust gas turbocharger, a charge air cooler 12 and a throttle valve 13 is arranged.
  • a first turbine 14 assigned to the high-pressure exhaust gas turbocharger 11, a second turbine 15 assigned to the low-pressure exhaust gas turbocharger 9 and an exhaust gas purification system 16 are arranged.
  • the emission control system 16 has a particle filter 35 for filtering out particles from the exhaust gas and an upstream three-way catalytic converter 34.
  • an unillustrated electric heating element is provided immediately before the three-way catalyst 34.
  • the three-way catalyst 34 is preferably formed as a so-called diesel oxidation catalyst with three-way catalyst function, in particular with metal foil support body.
  • the electric heating element is preferably designed as a coated metal foil carrier body (so-called E-Kat).
  • the particle filter 35 may be formed in sintered metal or as a wall-flowed filter unit in honeycomb construction.
  • a catalytic coating for example with an oxidation-catalytically active material and / or with an SCR catalyst material, is preferably provided for the particle filter 35.
  • an SCR catalytic converter 36 is arranged in the exhaust gas tract 6 downstream of the particle filter 35.
  • the SCR catalyst 36 is capable of reducing nitrogen oxides (NOx) with, in particular, ammonia as a selective reducing agent.
  • an adding device 38 is provided which can inject ammonia or an agent capable of splitting off ammonia reducing agent such as urea-water solution in the exhaust gas tract 6.
  • a downstream mixer not separately shown, can be arranged in the exhaust gas tract 6.
  • the addition device may also be provided upstream of the three-way catalyst 34 or between the three-way catalyst 34 and the particulate filter 35, or an additional NH 3 addition site may be provided there ,
  • a boost pressure of the engine 1 is controllable or at low speeds of the engine 1, in which the high-pressure turbocharger 11 is not yet operable due to low exhaust pressure, the first compressor 10 via the compressor bypass 18 bypassed.
  • bypasses 20, 21 are arranged, each having a
  • Turbine 14, 15 bypass namely a first turbine bypass 20, in which a first turbine bypass valve 22 is disposed and a second turbine bypass 21, in which a second turbine bypass valve 23 is arranged.
  • the first turbine bypass valve 22 can be controlled in this operating state such that an exhaust gas mass flow can be conducted past the first turbine bypass 14 via the first turbine bypass 20 and so completely usable for driving the second turbine 15 of the low-pressure exhaust gas turbocharger 9.
  • the exhaust gas pressure acting on the turbines 14, 15 of the exhaust-gas turbocharger 9, 11 is high, as a result of which they reach high rotational speeds.
  • the turbine bypass valves 22, 23 are controllable such that they partially open, for example, whereby a portion of the exhaust gas mass flow past the turbines 14, 15 passable and thereby acting on the turbines 14, 15 and this driving exhaust pressure can be reduced. This results in a lower
  • a power of the engine 1 can be optimized in different rotational speed ranges and a respective optimal boost pressure can be provided.
  • a so-called turbo lag ie a lack of or low boost pressure and the resulting low power of such an engine 1 in low speed ranges preventable or at least significantly reduce this problem and thus, for example, a driving behavior and a fuel consumption of a driven by this engine 1 vehicle optimized.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation (EGR) line 24 which opens upstream of the second compressor 8 of the low-pressure exhaust gas turbocharger 9 and downstream of the air filter 7 back into the air supply system 5.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the amount or the proportion of the low-pressure exhaust gas recirculation line 24 recirculated exhaust gas can be influenced.
  • the Abgasaufstauklappe 17 may also be arranged behind the SCR catalyst 36.
  • a low-pressure EGR cooler 25 and a low-pressure EGR valve 26 are arranged downstream of the branch from the exhaust gas tract 6 in the flow direction of a low-pressure EGR mass flow.
  • the low pressure EGR mass flow can be cooled by eliminating the low pressure EGR cooler 25 over the lengths of tubing or piping used. The cooling of the low-pressure EGR mass flow ensures that no excessively high temperatures occur at the compressors 8, 10 in the exhaust gas recirculation mode.
  • an unillustrated second SCR catalyst may be provided in the low pressure EGR passage 24, upstream of the low pressure EGR cooler 25, an unillustrated second SCR catalyst may be provided.
  • This makes it possible to reduce nitrogen oxide and / or ammonia or oxygen which may be present in the recirculated exhaust gas. This in turn deposits or corrosion phenomena are avoided or reduced and it is an improved sequence of taking place in the combustion chambers of the engine 1 fuel combustion possible.
  • the second SCR catalytic converter can assume a filter function, so that at least comparatively coarse particles are removed from the exhaust gas recirculated via the low-pressure path.
  • one or more further exhaust aftertreatment effective cleaning components such as another
  • Oxidation catalyst, an SCR catalyst and / or a nitrogen oxide storage catalyst may be arranged in the exhaust tract 6, which is not shown separately.
  • an oxidation-catalytically active Emission control component is arranged, by means of which an ammonia slip of the SCR catalyst 36 can be removed from the exhaust gas.
  • a high pressure EGR cooler 29 is disposed in the high pressure EGR passage 27, which may optionally be structurally and / or functionally associated with the low pressure EGR cooler 25.
  • cooling of the high-pressure EGR mass flow for example via a tube length of the high-pressure EGR line 27, can take place.
  • bypass lines can be provided, in particular with adjusting means for variable throughput adjustment, which is not shown separately.
  • the illustrated diesel engine 1 thus has an exhaust gas recirculation, in which the exhaust gas upstream of the turbine 14 of the high-pressure exhaust gas turbocharger 11 via a corresponding high-pressure path and downstream of the exhaust gas purification unit 16 via a corresponding low-pressure path the exhaust tract 6 can be removed and, optionally after cooling, upstream of the compressor. 8 the low-pressure exhaust gas turbocharger 9 and downstream of the throttle valve 3 of the air supply system 5 and thus the combustion chambers 3 can be fed.
  • the engine 1 is optionally operable without exhaust gas recirculation, with high-pressure exhaust gas recirculation or low-pressure exhaust gas recirculation or simultaneously with high-pressure exhaust gas recirculation and low-pressure exhaust gas recirculation with variable exhaust gas recirculation quantities.
  • a combustion gas can be supplied with a variable within wide limits exhaust gas recirculation rate with variable low pressure component and variable high pressure component.
  • This achieves a total clean exhaust gas recirculation mass flows, a better cooling of the exhaust gas recirculation mass flows, avoids sooting the Exhaust gas recirculation cooler 25, 29 and allows a good mixing of
  • Exhaust gas recirculation mass flows with fresh air in the air supply system 5. There are high exhaust gas recirculation rates possible and it is a homogeneous or at least partially homogeneous operation of the internal combustion engine 1 possible.
  • the Abgasaufstauklappe 17 and the low-pressure EGR valve 26 are present actuators of a designed as a pilot control exhaust gas recirculation control. Both the low-pressure EGR valve 26 and the exhaust gas flap 17 are preferably continuously adjustable. With the help of the Abgasaufstauklappe 17 and the low-pressure AG R valve 26 in front of the compressor 8, the low-pressure component of the total exhaust gas recirculation mass flow is adjustable and the latter thus also influenced. As long as there is a sufficient pressure gradient to promote the low-pressure exhaust gas recirculation mass flow, it is initially adjustable exclusively via the low-pressure EGR valve 26. If this is no longer the case, in addition the exhaust gas flap 17 is slightly adjustable to increase the pressure drop across the low pressure EGR valve 26.
  • the charge air cooler 12 immediate charge air cooler bypass 30 in the air supply system 5 a sooting of the charge air cooler 12 can be avoided.
  • the risk of so-called sooting exists, for example, when a water vapor and optionally a particle-containing gas mixture in the charge air cooler 12 is cooled below the dew point and condensate formation occurs.
  • the entire fresh-air exhaust gas mixture or only a part thereof via the intercooler bypass 30, which upstream of the charge air cooler 12 branches, can be passed to the intercooler 12 over, whereby it is not cooled by the intercooler 12 and therefore the temperature does not drop below the dew point.
  • a temperature sensor 31 is arranged downstream of the compressor 8, 10 and upstream of the charge air cooler 12 in the air supply system 5, so that upon reaching a predetermined temperature arranged in the charge air cooler bypass 30 intercooler bypass valve 32 is controlled accordingly and then this intercooler bypass valve 32, for example, completely opens or completely closes or partially opens in another embodiment.
  • further sensors are preferably provided in the exhaust tract 6 and in the air supply system 5, which is not shown in greater detail for the sake of clarity.
  • On the output side of the SCR catalyst 36, input and / or output side of the air filter 7, the input and output side of the compressor 8, 10 be arranged in the exhaust gas recirculation lines 24, 27 and optionally at other locations to detect the temperature and pressure conditions.
  • an air mass flow sensor is provided downstream of the air filter 7 in order to detect the fresh air mass flow.
  • exhaust gas sensors in the exhaust gas tract 6, such as a lambda probe in the exhaust manifold 33 and before and / or after the three-way catalytic converter 34 or the particle filter 35 are preferably provided.
  • an exhaust gas sensor preferably designed as a NOx sensor, is provided between the particle filter and the adding device 38 or the branching off of the low-pressure EGR line 24.
  • the NOx sensor may be correlated with a NOx concentration of the exhaust gas
  • a NOx sensor which is likewise not shown separately, may be provided on the output side of the SCR catalytic converter.
  • the signals of the existing sensors are processed by a control unit, not shown, which generally based on the signals and stored characteristics and maps operating conditions of the engine 1, in particular in the exhaust system 6 and in the
  • the operating ranges denoted by A to G are defined by values for a temperature T as well as for an engine load M related to a rated load, for example given as effective mean pressure p me .
  • the temperature T is a temperature occurring immediately downstream of the three-way catalytic converter 34 in the exhaust gas tract 6, which is preferably detected by means of a temperature sensor and considered to be decisive for the temperature of the three-way catalyst 34.
  • the operating ranges indicated by A to G are taken in alphabetical order starting from an engine cold start at temperatures of the engine 1 and the exhaust gas purifier 16 of 30 ° C or lower. It is further assumed that, apart from the operating range G, a temperature of the SCR catalytic converter 36 or an exhaust gas temperature 200 ° C. that can be measured directly in front of or behind the SCR catalytic converter 36 has not yet been exceeded.
  • the exhaust gas cleaning system 16 After a cold engine start the exhaust gas cleaning system 16 is still cold and warms up only by heat absorption due to flow with exhaust gas more or less elevated temperature.
  • a temperature T ⁇ 150 ° C and the entire load range covering engine load area A is for rapid heating of the exhaust gas cleaning system 16 and in particular of the three-way catalyst 34, the immediately on the input side of the three-way catalyst 34 arranged electric heating element energized.
  • the energization can be started with the beginning of a self-sufficient motor self-running. However, it is preferred if the
  • Energization is already started before the engine is started.
  • a trigger for this purpose can be provided a detection of a door lock operation or a driver seat occupancy or a buckle lock.
  • Engine 1 diesel-typically with excess air, but operated with a special Schusternnvon, which has an increased exhaust gas temperature compared to the normal diesel engine operation.
  • the main fuel injection is shifted to about 3 ° KWnOT to 7 ° KWnOT (control start) late and reduced the main injection quantity in favor of the amount of post-injection.
  • a reduction of the injection pressure can be provided.
  • one or two pilot injections are provided before top dead center. Characteristically, incomplete post-injection incineration is avoided to avoid increased HC / CO emissions that would result from temperature-induced lack of activity of the three-way catalyst 34.
  • the operating region B is characterized by a temperature in the range 150 ° C. T ⁇ 250 ° C and covering the entire load range engine load M marked.
  • a more or less strong HC conversion of the three-way catalyst 34 is already possible. As a result of the released heat of reaction, this heats up quickly and the activity therefore also increases rapidly.
  • the operating ranges C and D are reached, depending on the engine load M.
  • the operating range C is additionally characterized by an engine load M of less than 20% and the operating range D by an engine load M of more than 20% of the rated load.
  • the energization of the electric heating element preferably remains active.
  • a target value for the air-fuel ratio ⁇ oscillating in a target range between a lower and an upper limit value is set.
  • a combustion ⁇ of 0.97 and in the operating range D of 0.98 is provided as the lower limit.
  • the upper limits are 1, 0 and 1, 05 in the operating range C and D, respectively.
  • a CH 4 or N 2 O emission is advantageously reduced there.
  • the procedure provided according to the invention for setting the combustion ⁇ of approximately 1.0 will be explained in more detail below. For this purpose, reference is made to a NOx conversion curve of the three-way catalyst 34 shown schematically in FIG.
  • a ⁇ target range ⁇ in of 0.98 ⁇ ⁇ 1, 05 is entered. In the present case, this corresponds to a target range for the NOx conversion between 43% and 94%.
  • the throttle valve is closed at values between 70% and 95%, a charge pressure flap at values between 5% to 45% and a wastegate at values between 25% and 45%.
  • the high pressure EGR valve 28 is fully closed and the exhaust gas recirculation amount
  • Actuation of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 26 and the Abgasaufstauklappe 17 is set. By settling a calculated pilot quantity of a late, non-torque-effective post-injection at a crank angle of> 80 ° nOT, enrichment to achieve the ⁇ target value takes place. Its exact value is through
  • the settings made here correspond to those of operating region C.
  • the laughing gas and / or methane formation at the three-way is slightly fainter compared to operating region D. Catalyst 34 largely avoidable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage umfassend in Strömungsrichtung des Abgas hintereinander angeordnet einen Drei-Wege-Katalysator (34) und einen SCR-Katalysator (36). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Dieselmotor (1) in einem ersten Betriebsbereich (C, D, E, F), in welchem der SCR-Katalysator (34) eine vorgebbare Mindesttemperatur unterschreitet, wenigstens zeitweise mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis von etwa λ = 1,0 betrieben. In einem zweiten Betriebsbereich (G), in welchem der SCR-Katalysator (34) die vorgebbare Mindesttemperatur überschreitet, wird der Dieselmotor (1 ) mit einem für normalen Dieselmotorbetrieb typischen Luftüberschuss betrieben. Erfindungsgemäß wird zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (λ) im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) ein mit einer NOx-Konzentration des Abgases korrelierendes Ausgangssignal eines stromab des Drei-Wege-Katalysators (34) angeordneten Abgassensors herangezogen.

Description

Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage umfassend in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet einen Drei-Wege-Katalysator und einen SCR-Katalysator, bei welchem der Dieselmotor in einem ersten Betriebsbereich, in welchem der SCR-Katalysator eine vorgebbare Mindesttemperatur unterschreitet, wenigstens zeitweise mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis von etwa λ = 1 ,0 betrieben wird, und in einem zweiten Betriebsbereich, in welchem der SCR-Katalysator die vorgebbare Mindesttemperatur überschreitet, mit einem für normalen Dieselmotorbetrieb typischen Luftüberschuss betrieben wird.
Aus der DE 10 2009 015 900 A1 ist ein gattungsgemäßes Betriebsverfahren bekannt, wobei allerdings nicht darauf eingegangen ist, auf welche Weise das für einen dieselmotorischen Betrieb untypische stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis von etwa λ = 1 ,0 eingestellt wird. Insbesondere bei einer vergleichsweise gering erwärmten Abgasreinigungsanlage hat sich dies als schwierig erwiesen, da hierfür oftmals eingesetzte Lambdasensoren verfälschte Messwerte liefern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Betriebsverfahren anzugeben, welches eine genaue und zuverlässige Einstellung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses von etwa λ = ,0 insbesondere bei vergleichsweise gering erwärmter Abgasreinigungsanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses im ersten
Betriebsbereich ein mit einer NOx-Konzentration des Abgases korrelierendes
Ausgangssignal eines stromab des Drei-Wege-Katalysators angeordneten Abgassensors herangezogen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein vom Drei- Wege-Katalysator bewirkter NOx-Umsatz speziell in einem vergleichsweise engen Bereich um das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis von λ = 1 ,0 empfindlich vom Luft-Kraftstoffverhältnis abhängt. Infolge des erfindungsgemäß herangezogenen
Ausgangssignals eines stromab vom Drei-Wege-Katalysator in der Abgasreinigungsanlage angeordneten Abgassensors, der ein mit einer NOx-Konzentration des Abgases korrelierendes Ausgangssignal bereitstellt, kann somit eine Aussage über das Luft- Kraftstoffverhältnis gewonnen und dieses eingestellt werden.
In diesem Zusammenhang ist unter dem das Luft-Kraftstoffverhältnis charakterisierenden λ-Wert wie üblich ein Verhältnis von im Verbrennungsluft-Kraftstoffgemisch tatsächlich vorhandener Sauerstoffmenge zu der für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes theoretisch mindestens erforderlichen Sauerstoffmenge zu verstehen. Ein mageres Luft- Kraftstoffgemisch mit einem Luftüberschuss weist daher einen λ-Wert von größer als eins auf. Ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Kraftstoffüberschuss weist hingegen einen λ-Wert von kleiner als eins auf. Bei Abwesenheit von Sauerstoff-Quellen oder -Senken im Abgassystem entspricht der Lambdawert im Abgas (Abgas- λ) dem
Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches (Verbrennungs- λ), mit welchem der Motor betrieben wird. Vereinfachend wird daher nachfolgend nur von einem λ-Wert oder kürzer λ gesprochen, wenn keine Differenzierung erforderlich ist.
Bei dem Drei-Wege-Katalysator handelt es sich um einen Katalysator, welcher in einem engen Bereich um λ = 1 ,0 sowohl Stickoxide (NOx), als auch reduzierende Abgasbestandteile wie Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) aus dem Abgas entfernen kann. Katalysatorformulierungen mit oder ohne einer Sauerstoffspeicherfähigkeit, welche dieses leisten, sind dem Fachmann insbesondere aus Anwendungen betreffend die Abgasreinigung von Ottomotoren bekannt, weshalb hier nicht speziell darauf eingegangen wird. Bei dem Drei-Wege-Katalysator kann es sich auch um einen klassischen (Diesel)-Oxidationskatalysator handeln, welcher ein Katalysatormaterial mit den genannten Drei-Wege-Eigenschaften enthält. Als NOx werden zusammenfassend zumindest die Stickstoffoxide NO und N02 verstanden.
Bei dem SCR-Katalysator handelt es sich um einen Katalysator, welcher NOx unter oxidierenden Bedingungen, d.h. bei λ > 1 ,0, mittels Ammoniak (NH3) selektiv und kontinuierlich reduzieren kann. Zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem SCR- Katalysator ist bevorzugt ein Partikelfilter angeordnet.
Bei dem Abgassensor handelt es sich vorzugsweise um einen NOx-Sensor. Dies schließt jedoch nicht aus, dass dieser Sensor außer dem mit der NOx-Konzentration des Abgases korrelierenden Ausgangssignal ein oder mehrere weitere Ausgangssignale zur Verfügung stellen kann, welche mit der Konzentration einer anderen Abgaskomponente wie z.B. Sauerstoff oder mit einem Abgaszustandsparameter wie beispielsweise der Abgastemperatur korrelieren.
Ein Übergang vom Betrieb bei λ = 1 ,0 zu einem normalen dieseltypischen Motorbetrieb mit Luftüberschuss ist vorgesehen, wenn der SCR-Katalysator eine vorgebbare Mindesttemperatur überschreitet. Bei dieser Mindesttemperatur handelt es sich bevorzugt um eine für einen vorgebbaren NOx-Umsatz typische Katalysatortemperatur, die mit der so genannten Anspringtemperatur korreliert oder ihr entspricht. Die Katalysatortemperatur wird dabei direkt gemessen oder aus einer vor und/oder hinter dem Katalysator messtechnisch ermittelten oder berechneten Abgastemperatur ermittelt oder dieser gleichgesetzt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit Betrieb bei λ = 1 ,0 während einer Aufwärmphase der Abgasreinigungsanlage ist eine hohe NOx-Verminderung bereits in dieser kritischen Betriebsphase, in welcher der SCR-Katalysator noch keinen oder jedenfalls keinen befriedigenden NOx-Umsatz zeigt, ermöglicht. Die NOx-Verminderung erfolgt dabei durch den Drei-Wege-Katalysator. Dies ist insbesondere zur Verminderung der im Anschluss an einen Kaltstart abgegebenen NOx-Emissionen vorteilhaft.
Zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses im ersten Betriebsbereich ist es in
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass aus dem mit der NOx-Konzentration korrelierenden Ausgangssignal des Abgassensors ein NOx-lst-Umsatz des Drei-Wege- Katalysators ermittelt wird und eine dem Motor zugeführte Luftmenge und/oder Kraftstoffmenge solange verändert werden, bis der NOx-lst-Umsatz einen vorgebbaren NOx- Soll-Umsatz wenigstens annähernd erreicht. Die Ermittlung des NOx-lst-Umsatzes erfolgt dabei durch Verrechnung einer NOx-Rohemission des Motors mit dem mittels des Abgassensors ermittelten NOx-Gehalt im Abgas stromab des Drei-Wege-Katalysators. Dabei wird bevorzugt auf abgespeicherte Kennlinien zurückgegriffen, welche eine NOx- Rohemission des Motors für die jeweiligen Betriebsbedingungen wiedergeben. Die NOx- Rohemission kann jedoch auch messtechnisch mittels eines geeigneten Sensors stromauf des Drei-Wege-Katalysators ermittelt werden. Infolge der λ-Abhängigkeit des NOx-Umsatzes des Drei-Wege-Katalysator ist eine Einstellung eines bestimmten Luft- Kraftstoffverhältnisses über den NOx-Umsatz des Drei-Wege-Katalysators gezielt beeinflussende Parameter betreffend Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr ebenso ermöglicht, wie umgekehrt die Einstellung eines bestimmten NOx-Umsatzes durch gezielte
Beeinflussung des Luft-Kraftstoffverhältnisses.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im ersten Betriebsbereich ein innerhalb eines vorgebbaren Zielbereichs liegender Zielwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt. Der Zielwert liegt dabei bevorzugt in einem engen Bereich um λ = 1 ,0 oder einem daran angrenzenden Bereich. Bevorzugt ist ein Bereich von etwa 0,95 < λ < 1 ,05. besonders bevorzugt sind Zielbereiche mit von 0,97 < λ < 1 ,0 bzw. 0,98 < λ < 1 ,05. Dabei ist es in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein innerhalb des Zielbereichs oszillierender Zielwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt wird. Die Oszillationsfrequenz beträgt vorzugsweise etwa 5 Hz bis etwa 1 Hz. Auf diese Weise wird ein gutes Umsatzverhalten des Drei-Wege-Katalysators sowohl für CO und HC als auch für NOx sichergestellt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Vorsteuerwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis durch Abgabe einer für eine angeforderte Motorlast erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge und einer zu deren Verbrennung wenigstens annähernd erforderlichen Luftmenge vorgesteuert eingestellt und zur Einstellung des Zielwerts für das Luft- Kraftstoffverhältnis der Vorsteuerwert durch wenigstens eine die Motorlast wenigstens annähernd unbeeinflusst lassende späte Kraftstoffnacheinspritzung vermindert. Auf diese Weise ist eine genaue und ruckelfreie Einstellung des angestrebten Luft- Kraftstoffverhältnisses ermöglicht. Die Einstellung der für den λ-Vorsteuerwert vorgesehenen Luftmenge wird bevorzugt durch Anstellung einer in der Ansaugluftleitung des Motors angeordneten Drosselklappe in Verbindung mit einer Ladedruckregulierung und einer Inertgas- bzw. Abgasrückführmengeneinstellung auf vorgebbare Vorsteuerwerte vorgenommen. Die zur Einstellung der Motorlast erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge kann dabei über eine oder mehrere, vor dem oberen Totpunkt vorgenommene Voreinspritzungen, über eine etwa am oberen Totpunkt vorgenommene Haupteinspritzung sowie gegebenenfalls eine oder mehrere, insbesondere drehmomentwirksame Nacheinspritzungen erfolgen. Vorgesehen ist vorzugsweise zumindest eine an die Haupteinspritzung angelagerte Nacheinspritzung. Der Vorsteuerwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis liegt dabei bevorzugt im mageren. Besonders bevorzugt ist ein Vorsteuerwert von
1 ,05 < λ < 1 ,20, insbesondere von 1 ,10 < λ < 1 ,15. Damit reichen vergleichsweise geringe, unproblematisch und drehmomentneutral einzustellende Änderungen aus, um den Zielwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses zu erreichen. Infolge der bevorzugt durch Messung mittels Luftmassenmesser bekannten Ansaugluftmenge und der bekannten Einspritzmenge der drehmomentwirksamen Kraftstoffeinspritzungen ist die zur Erreichung des λ-Zielwerts erforderliche zusätzliche Kraftstoffnacheinspritzmenge ermittelbar.
Die zur Einstellung des genauen λ-Zielwerts eingesetzte wenigstens eine späte Nacheinspritzung ist nicht oder allenfalls gering drehmomentwirksam. Hierfür erfolgt diese bevorzugt bei Kurbelwinkeln von größer 80° nach dem oberen Totpunkt, wobei vorzugsweise die dem Motor zugeführte Luft- und Inertgasmenge unverändert bleibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Zielbereich für das Luft-Kraftstoffverhältnis durch zugeordnete NOx-Soll-Umsatzwerte des Drei-Wege- Katalysators vorgegeben wird, wobei für die Zuordnung von Luft-Kraftstoffverhältniswerten zu NOx-Soll-Umsatzwerten auf eine abgespeicherten NOx-Umsatzkennlinie zurückgegriffen wird, welche eine Abhängigkeit des NOx-Umsatzes vom Luft-Kraftstoffverhältnis für den Drei-Wege-Katalysator wiedergibt. Diese Kennlinie wird bevorzugt vorab ermittelt und in einem Steuergerät zur Steuerung des Motorbetriebs und/oder des Betriebs der Abgasreinigungsanlage abgelegt. Bevorzugt ist es, wenn NOx-Umsatz- kennlinien für unterschiedlichste Bedingungen vorgehalten sind, so dass das aktuelle Umsatzverhalten des Drei-Wege-Katalysators stets als bekannt gelten kann. Dabei ist es vorteilhaft, eine im Laufe der Zeit eintretende Alterung abzuschätzen und die NOx- Umsatzkennlinie gegebenenfalls an eine alterungsbedingte Veränderung des NOx- Umsatzverhaltens anzupassen. Ebenfalls verfügbar im Steuergerät ist vorzugsweise ein Kennfeld, welches die aktuelle NOx-Rohemission des Motors zur Verfügung stellt.
Anhand der somit bekannten NOx-Rohemission des Motors und der durch den Abgassensor messtechnisch erfassten NOx-Konzentration des Abgases hinter dem Drei-Wege- Katalysator ist der aktuelle NOx-lst-Umsatz des Drei-Wege-Katalysators und damit aus dessen NOx-Umsatzkennlinie das aktuelle Luft-Kraftstoffverhältnis ermittelbar. Durch entsprechende Veränderung bzw. Einstellung von dem Motor zugeführter Luft- und/oder Kraftstoffmenge ist ein angestrebtes Luft-Kraftstoffverhältnis daher dadurch einstellbar, dass der NOx-lst-Umsatz dem entsprechenden NOx-Soll-Umsatz angenähert wird.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung von Zeit zu Zeit im zweiten Betriebsbereich eine Adaption des Zielbereichs für das Luft-Kraftstoffverhältnis vorgenommen wird, wobei ein aktueller NOx-lst-Umsatz des Drei-Wege-Katalysators ermittelt wird und weiter ein Korrekturwert für einen aktuell eingestellten Zielwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses derart ermittelt wird, dass der mit dem Korrekturwert korrigierte Zielwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses einem Luft- Kraftstoffverhältnis entspricht, welches durch die NOx-Umsatzkennlinie dem NOx-lst- Umsatz zuzuordnen ist. Es wird somit anhand des ermittelten NOx-Umsatzes und der abgespeicherten NOx-Umsatzkennlinie kontrolliert, ob ein einzustellender Lambdawert dem kennliniengemäß zu erwartenden λ-Wert auch tatsächlich entspricht. Abweichungen werden durch eine λ-Offsetkorrektur ausgeglichen. Dabei werden die Korrekturwerte bevorzugt in ein für alle maßgeblichen Betriebsbedingungen des ersten Betriebsbereichs für die λ-Einstellung heranzuziehendes Kennfeld geschrieben. Infolge der erfindungsgemäß vorgenommenen Adaption ist ein wirksamer Ausgleich von Drift- und/oder Alterungserscheinungen ermöglicht. Eine in Verbindung eines nachfolgenden Motorstarts bzw. -Warmlaufs erfolgende Einstellung eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von etwa 1 ,0 ist somit in verbesserter und genauerer Weise ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Adaption unmittelbar oder zumindest kurze Zeit vor einer durchzuführenden thermischen Regeneration eines Partikelfilters vorgenommen wird. Für eine solche sind ohnehin ein vermindertes Luft-Kraftstoffverhältnis sowie eine erhöhte Abgastemperatur einzustellen, so dass einerseits ein zuverlässiger Betrieb des Abgassensors gewährleistet ist und andererseits praktisch kein zusätzlich erhöhter Kraftstoffverbrauch resultiert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im ersten Betriebsbereich innerhalb eines insbesondere ersten Temperaturbereichs für den Drei-Wege-Katalysator der Dieselmotor mit einem Heizbrennverfahren mit Luftüberschuss betrieben. Dadurch ist ein besonders rasches Aufwärmen des Drei-Wege-Katalysators ermöglicht. Bei diesem Heizbrennverfahren werden insbesondere vom Normalbetrieb abweichende Kraftstoffeinspritzbedingungen eingestellt, mit welchen im Vergleich zum Normalbetrieb höhere Abgastemperaturen erzeugt werden können. Als Temperatur des Drei-Wege-Katalysators ist dabei vorzugsweise eine vor oder hinter dem Drei-Wege-Katalysator messtechnisch erfasste Abgastemperatur oder eine im Katalysatorbett selbst ermittelte Temperatur als
repräsentativ anzusehen.
Eine weitere Beschleunigung der Aufheizung der Abgasreinigungsanlage kann erzielt werden, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im ersten Betriebsbereich innerhalb eines insbesondere zweiten Temperaturbereichs für den Drei-Wege-Katalysator ein dem Drei-Wege-Katalysator vorgeschaltetes elektrisches Heizelement bestromt wird. Als Heizelement kommt hierbei bevorzugt ein so genannter E-Kat infrage, welcher als scheibenförmiges, gegebenenfalls katalytisch beschichtetes und elektrisch beheizbares Metallträgerelement dem Drei-Wege-Katalysator unmittelbar vorgeschaltet ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Bestromen des elektrischen Heizelements vor Durchführen eines Motorstarts begonnen wird.
Dadurch kann ein emissionsarmer Motorbetrieb besonders rasch erreicht werden bzw. die Schadstoffemission beim Warmlauf besonders niedrig gehalten werden. Vorteilhaft ist es, wenn beim Startvorgang selbst, wenn von einem Anlasser elektrische Energie zum Andrehen des Motors benötigt wird, die Beheizung vorübergehend deaktiviert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Figurenbeschreibungen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in der Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze eines Kraftfahrzeug-Dieselmotors mit einer
vorteilhaften Ausführung einer daran angeschlossenen Abgasreinigungsanlage, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen kann,
Fig. 2 ein Diagramm mit einer schematischen Darstellung von Betriebsbereichen, bei welchen unterschiedliche Betriebsbedingungen vorgesehen sind und
Fig. 3 ein Diagramm mit einer beispielhaften NOx-Umsatzkurve des Drei-Wege- Katalysators.
Figur 1 zeigt eine schematische Prinzipskizze einer vorteilhaften Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Dieselmotors 1 mit angeschlossener Abgasreinigungsanlage, bei welchem das weiter unten näher erläuterte Verfahren zur Anwendung kommen kann. Der Dieselmotor 1 weist vorliegend eine zweistufige Aufladung und eine zweistufige Abgasrückführung auf und umfasst einen Motorblock 2 mit Arbeitszylindern 3 mit nicht näher gekennzeichneten Brennräumen, wobei den Arbeitszylindern 3 bzw. deren jeweiligem Brennraum mittels einer Hochdruckpumpe 4 Kraftstoff zuführbar ist. Über ein Luftzufuhr- sytem 5 kann den Arbeitszylindern 3 bzw. deren jeweiligem Brennraum Verbrennungsluft zugeführt werden und über einen Abgastrakt 6 wird Abgas aus den Arbeitszylindern 3 abgeführt. Im Luftzufuhrsystem 5 sind ein Luftfilter 7, ein erster Verdichter 10 eines als Hochdruck-Abgasturbolader 11 ausgebildeten ersten Abgasturboladers, ein zweiter Verdichter 8 eines als Niederdruck-Abgasturbolader 9 ausgebildeten zweiten Abgasturboladers, ein Ladeluftkühler 12 und eine Drosselklappe 13 angeordnet.
Im Abgastrakt 6 sind ausgehend vom Motorblock 2 in Strömungsrichtung des Abgases eine dem Hochdruck-Abgasturbolader 11 zugeordnete erste Turbine 14, eine dem Niederdruck-Abgasturbolader 9 zugeordnete zweite Turbine 15 und eine Abgasreinigungsanlage 16 angeordnet. Die Abgasreinigungsanlage 16 weist vorliegend einen Partikelfilter 35 zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas sowie einen vorgeschalteten Drei-Wege-Katalysator 34 auf. Ferner ist ein nicht dargestelltes elektrisches Heizelement unmittelbar vor dem Drei-Wege-Katalysator 34 vorgesehen. Der Drei-Wege-Katalysator 34 ist bevorzugt als so genannter Diesel-Oxidationskatalysator mit Drei-Wege-Katalysator-Funktion, insbesondere mit Metallfolien-Trägerkörper ausgebildet. Auch das elektrische Heizelement ist bevorzugt als beschichteter Metallfolien-Trägerkörper (so genannter E-Kat) ausgebildet. Der Partikelfilter 35 kann in Sintermetallausführung oder als wanddurchströmte Filtereinheit in Wabenkörperbauweise ausgebildet sein. Vorzugsweise ist für den Partikelfilter 35 eine katalytische Beschichtung, beispielsweise mit einem oxidationskatalytisch wirksamen Material und/oder mit einem SCR-Katalysatormaterial vorgesehen.
Vorliegend ist stromab des Partikelfilters 35 ein SCR-Katalysator 36 im Abgastrakt 6 angeordnet. Der SCR-Katalysator 36 ist zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) mit insbesondere Ammoniak als selektivem Reduktionsmittel befähigt. Zur Anreicherung des Abgases mit Ammoniak ist stromauf des SCR-Katalysators 36 eine Zugabevorrichtung 38 vorgesehen, welche Ammoniak oder ein zur Abspaltung von Ammoniak befähigtes Reduktionsmittel wie beispielsweise Harnstoff-Wasserlösung, in den Abgastrakt 6 eindüsen kann. Zur Verbesserung einer Gleichverteilung kann ein nicht gesondert dargestellter nachgeschalteter Mischer im Abgastrakt 6 angeordnet sein. Im Falle eines mit einem SCR-Katalysator beschichteten Partikelfilters 35 kann die Zugabevorrichtung auch stromauf des Drei-Wege-Katalysators 34 oder zwischen dem Drei-Wege- Katalysators 34 und dem Partikelfilter 35 vorgesehen sein oder es kann dort eine zusätzliche NH3-Zugabestelle vorgesehen sein.
Stromab des zweiten Verdichters 8 zweigt ein den Hochdruck-Abgasturbolader 11 umgehender Verdichterbypass 18 ab, in welchem ein Verdichterbypassventil 19 angeordnet ist, so dass mittels des zweiten Verdichters 8 komprimierte Frischluft bzw. ein Frischluft-Abgasgemisch, abhängig von einem Betriebszustand des Motors 1 und einer daraus resultierenden Stellung des Verdichterbypassventils 19 den ersten Verdichter 10 in mehr oder weniger großem Umfang passieren kann. Auf diese Weise ist ein Ladedruck des Motors 1 regelbar bzw. bei niedrigen Drehzahlen des Motors 1 , bei welchen der Hochdruck-Abgasturbolader 11 aufgrund eines zu geringen Abgasdrucks noch nicht betreibbar ist, der erste Verdichter 10 über den Verdichterbypass 18 umgehbar.
Im Abgastrakt 6 sind ebenfalls Bypässe 20, 21 angeordnet, welche jeweils eine
Turbine 14, 15 umgehen, nämlich ein erster Turbinenbypass 20, in welchem ein erstes Turbinenbypassventil 22 angeordnet ist und ein zweiter Turbinenbypass 21 , in welchem ein zweites Turbinenbypassventil 23 angeordnet ist. Bei niedrigen Drehzahlen des Motors 1 und daraus folgend einem niedrigen Abgasdruck ist der HochdruckAbgas- turbolader 11 noch nicht betreibbar, daher ist in diesem Betriebszustand das erste Turbinenbypassventil 22 derart ansteuerbar, dass ein Abgasmassenstrom über den ersten Turbinenbypass 20 an der ersten Turbine 14 vorbei leitbar ist und so vollständig zum Antrieb der zweiten Turbine 15 des Niederdruck-Abgasturboladers 9 nutzbar ist.
Bei sehr hohen Drehzahlen des Motors 1 ist der auf die Turbinen 14, 15 der Abgasturbolader 9, 11 einwirkende Abgasdruck hoch, wodurch diese hohe Drehzahlen erreichen. Daraus folgt eine hohe Verdichterleistung der Verdichter 8, 10 der Abgasturbolader 9, 11 und dadurch ein hoher Ladedruck des Frischluft-Abgasgemisches. Dieser darf jedoch einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten, so dass bei Erreichen dieses vorgegebenen Wertes ein oder beide Turbinenbypässe 20, 21 als so genanntes Wastegate nutzbar sind. Dabei sind die Turbinenbypassventile 22, 23 derart ansteuerbar, dass sie beispielsweise teilweise öffnen, wodurch ein Teil des Abgasmassenstroms an den Turbinen 14, 15 vorbei leitbar und dadurch der auf die Turbinen 14, 15 einwirkende und diese antreibende Abgasdruck verringerbar ist. Daraus resultiert eine geringere
Kompression des durch die Verdichter 8, 10 der Abgasturbolader 9, 11 verdichteten Gases, d. h. ein geringerer Ladedruck.
Mittels dieser Anordnung des Niederdruck-Abgasturboladers 9 und des Hochdruck- Abgasturboladers 11 ist eine Leistung des Motors 1 in unterschiedlichen Drehzahlbereichen optimierbar und ein jeweils optimaler Ladedruck bereitstellbar. Dadurch ist insbesondere ein so genanntes Turboloch, d. h. ein fehlender oder geringer Ladedruck und daraus resultierend eine geringe Leistung eines derartigen Motors 1 in niedrigen Drehzahlbereichen verhinderbar oder dieses Problem zumindest deutlich reduzierbar und damit beispielsweise ein Fahrverhalten und ein Treibstoffverbrauch eines durch diesen Motor 1 angetriebenen Fahrzeugs optimierbar.
Stromab des Partikelfilters 35 und stromauf von der Zugabevorrichtung 38, d. h. auf einer Niederdruckseite des Abgastrakts 6, zweigt vom Abgastrakt 6 eine Niederdruck- Abgas- rückführungs-(AGR)-Leitung 24 ab, die stromauf des zweiten Verdichters 8 des Niederdruck-Abgasturboladers 9 und stromab des Luftfilters 7 wieder in das Luftzufuhrsystem 5 mündet. Mittels einer im Abgastrakt 6 angeordneten Abgasaufstauklappe 17 ist die Menge bzw. der Anteil von über die Niederdruck-Abgasrückführleitung 24 rückgeführtem Abgas beeinflussbar. Obschon vorliegend hinter der Abzweigestelle der Niederdruck- Abgasrückführleitung 24 angeordnet dargestellt, kann die Abgasaufstauklappe 17 auch hinter dem SCR-Katalysator 36 angeordnet sein.
In der Niederdruck-AGR-Leitung 24 ist stromab von der Abzweigung vom Abgastrakt 6 in Strömungsrichtung eines Niederdruck-AGR-Massenstroms gesehen ein Niederdruck- AGR-Kühler 25 und ein Niederdruck-AGR-Ventil 26 angeordnet. Optional kann die Kühlung des Niederdruck-AGR-Massenstroms unter Entfall des Niederdruck-AGR- Kühlers 25 über die verwendeten Rohrlängen oder Rohrgestaltungen erfolgen. Die Kühlung des Niederdruck-AGR-Massenstroms stellt sicher, dass an den Verdichtern 8, 10 im Abgasrückführungsbetrieb keine unzulässig hohen Temperaturen auftreten.
In der Niederdruck-AGR-Leitung 24 kann stromauf des Niederdruck-AGR-Kühlers 25 ein nicht dargestellter zweiter SCR-Katalysator vorgesehen sein. Dieser ermöglicht eine Verminderung von im rückgeführten Abgas gegebenenfalls vorhandenem Stickoxid und/oder Ammoniak bzw. Sauerstoff. Dadurch werden wiederum Ablagerungen und Korrosionserscheinungen vermieden oder vermindert und es ist ein verbesserter Ablauf der in den Brennräumen des Motors 1 erfolgenden Kraftstoffverbrennung ermöglicht. Der zweite SCR-Katalysator kann darüber hinaus eine Filterfunktion übernehmen, so dass zumindest vergleichsweise grobe Partikel aus dem über den Niederdruckpfad rückgeführten Abgas entfernt werden. Ferner können stromauf und/oder stromab des Drei- Wege-Katalysators 34 bzw. des Partikelfilters 35 ein oder mehrere weitere reinigungswirksame Abgasnachbehandlungskomponenten, wie beispielsweise ein weiterer
Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator und/oder ein Stickoxid-Speicherkatalysator im Abgastrakt 6 angeordnet sein, was nicht gesondert dargestellt ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn stromab des SCR-Katalysators 36 eine oxidationskatalytisch wirksame Abgasreinigungskomponente angeordnet ist, mittels welcher ein Ammoniakschlupf des SCR-Katalysators 36 aus dem Abgas entfernt werden kann.
Stromauf der Turbine 14 des Hochdruck-Abgasturboladers 11 , d. h. auf einer Hochdruckseite des Abgastrakts 6, zweigt von einem Abgaskrümmer 33 des Abgastrakts 6 eine Hochdruck-AGR-Leitung 27 ab, die stromab der Drosselklappe 13 in das Luftzufuhrsystem 5 mündet. Mittels dieser Hochdruck-AGR-Leitung 27 ist ein Hochdruck-AGR- Massenstrom über ein Hochdruck-AG R- Ventil 28 in das Luftzufuhrsystem 5 leitbar. In der dargestellten Ausführungsform ist in der Hochdruck-AGR-Leitung 27 ein Hochdruck- AGR-Kühler 29 angeordnet, welcher gegebenenfalls mit dem Niederdruck-AGR- Kühler 25 baulich und/oder funktionell vereinigt sein kann. Optional kann jedoch eine Kühlung des Hochdruck-AGR-Massenstroms beispielsweise auch über eine Rohrlänge der Hochdruck-AGR-Leitung 27 erfolgen. Für den Niederdruck-AGR-Kühler 25 und/oder den Hochdruck-AGR-Kühler 29 können Umgehungsleitungen, insbesondere mit Einstellmitteln zur variablen Durchsatzeinstellung vorgesehen sein, was nicht gesondert dargestellt ist.
Der dargestellte Dieselmotor 1 weist somit eine Abgasrückführung auf, bei der Abgas stromauf der Turbine 14 des Hochdruck-Abgasturboladers 11 über einen entsprechenden Hochdruckpfad sowie stromab der Abgasreinigungseinheit 16 über einen entsprechenden Niederdruckpfad dem Abgastrakt 6 entnehmbar ist und, gegebenenfalls nach Abkühlung, stromauf des Verdichters 8 des Niederdruck-Abgasturboladers 9 sowie stromab der Drosselklappe 3 des Luftzufuhrsystems 5 und damit den Brennräumen 3 zuführbar ist. Der Motor 1 ist dabei wahlweise ohne Abgasrückführung, mit Hochdruck-Abgasrückführung oder Niederdruck-Abgasrückführung oder gleichzeitig mit Hochdruck-Abgasrückführung und Niederdruck-Abgasrückführung mit jeweils variablen Abgasrückführmengen betreibbar. Somit ist den Brennräumen 3 ein Verbrennungsgas mit einer in weiten Grenzen veränderbaren Abgasrückführrate mit variablem Niederdruckanteil und variablem Hochdruckanteil zuführbar. Eine Einstellung einer Abgasrückführungsmenge, d. h. des rückgeführten Abgasmassenstromes und damit der AGR-Rate, erfolgt mittels der Abgasaufstauklappe 17 und/oder des Niederdruck-AGR- Ventils 26 sowie mittels des Hochdruck-AGR-Ventils 28 als Einstellmitteln, womit der Niederdruckanteil sowie der Hochdruckanteil des insgesamt rückgeführten Abgases ebenfalls in weiten Grenzen einstellbar sind. Dies erzielt insgesamt saubere Abgasrückführungsmassenströme, eine bessere Abkühlung der Abgasrückführungsmassenströme, vermeidet Versottung der Abgasrückführungskühler 25, 29 und ermöglicht eine gute Durchmischung der
Abgasrückführungsmassenströme mit Frischluft im Luftzufuhrsystem 5. Es sind hohe Abgasrückführungsraten möglich und es ist ein homogener oder zumindest teilhomogener Betrieb der Brennkraftmaschine 1 möglich.
Die Abgasaufstauklappe 17 und das Niederdruck-AGR-Ventil 26 sind vorliegend Stellglieder einer als Vorsteuerregelung ausgeführten Abgasrückführungsregelung. Sowohl das Niederdruck-AGR-Ventil 26 wie auch die Abgasaufstauklappe 17 sind vorzugsweise kontinuierlich verstellbar. Mit Hilfe der Abgasaufstauklappe 17 und des Niederdruck-AG R- Ventils 26 vor dem Verdichter 8 ist der Niederdruckanteil am gesamten Abgasrück- führungsmassenstrom einstellbar und letzterer somit ebenfalls beeinflussbar. Solange ein ausreichendes Druckgefälle zur Förderung des Niederdruck-Abgasrückführungsmassen- stroms vorhanden ist, ist dieser zunächst ausschließlich über das Niederdruck-AGR- Ventil 26 einstellbar. Ist dies nicht mehr der Fall, ist zusätzlich die Abgasaufstauklappe 17 etwas anstellbar, um das Druckgefälle über das Niederdruck-AGR-Ventil 26 zu erhöhen. Dabei ist eine sehr gute Durchmischung des Niederdruck-Abbgasrückführungsmassen- stroms mit der Frischluft sichergestellt. Ein weiterer Vorteil besteht unter anderem darin, dass das über den Niederdruckpfad rückgeführte Abgas sauber und nahezu pulsations- frei ist. Zusätzlich steht eine erhöhte Verdichterleistung zur Verfügung, da bei einem hohen Niederdruckanteil rückgeführten Abgases ein vergleichsweise hoher Abgasmassenstrom durch die Turbinen 14, 15 leitbar ist. Da das rückgeführte Abgas nach den Verdichtern 8, 10 durch den leistungsfähigen Ladeluftkühler 12 leitbar ist, kann die Temperatur des Frischluft und Abgas umfassenden Verbrennungsgases auch relativ kalt gehalten werden. Die Brennkraftmaschine 1 ist je nach Bedarf sowohl mit der Hochdruck- Abgasrückführung als auch mit der Niederdruck-Abgasrückführung oder mit beiden betreibbar.
Mittels eines vorzugsweise vorgesehenen, den Ladeluftkühler 12 umgehenden Ladeluft- kühlerbypasses 30 im Luftzufuhrsystem 5, ist eine Versottung des Ladeluftkühlers 12 vermeidbar. Die Gefahr einer so genannten Versottung besteht beispielsweise, wenn ein Wasserdampf und gegebenenfalls Partikel enthaltendes Gasgemisch im Ladeluftkühler 12 unter den Taupunkt abgekühlt wird und Kondensatbildung eintritt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das gesamte Frischluft-Abgasgemisch oder auch nur ein Teil davon über den Ladeluftkühlerbypass 30, welcher stromauf des Ladeluft- kühlers 12 abzweigt, an dem Ladeluftkühler 12 vorbei geleitet werden kann, wodurch es durch den Ladeluftkühler 12 nicht kühlbar ist und daher die Temperatur nicht unter den Taupunkt abfällt. Um sicherzustellen, dass das Frischluft-Abgasgemisch, wenn nötig, d.h. bei hohen Temperaturen des Frischluft-Abgasgemisches, weiterhin mittels des Ladeluftkühlers 12 effektiv kühlbar ist, ist stromab der Verdichter 8, 10 und stromauf des Ladeluftkühlers 12 im Luftzufuhrsystem 5 ein Temperatursensor 31 angeordnet, so dass bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur ein im Ladeluftkühlerbypass 30 angeordnetes Ladeluftkühlerbypassventil 32 entsprechend ansteuerbar ist und daraufhin dieses Ladeluftkühlerbypassventil 32 beispielsweise vollständig öffnet oder vollständig schließt oder in einer weiteren Ausführungsform teilweise öffnet.
Für einen optimalen Betrieb des Motors 1 und des Abgasnachbehandlungssystems 16 sind vorzugsweise weitere Sensoren im Abgastrakt 6 sowie im Luftzufuhrsystem 5 vorgesehen, was der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt ist. Es können Temperatur- und/oder Drucksensoren ausgangsseitig des Abgaskrümmers 33, in den Turbinenbypässen 20, 21 , eingangs- und/oder ausgangsseitig oder innerhalb der vorzugsweise als kompakte Einheit ausgebildeten Kombination von Dreiwege-Katalysator 34 und Partikelfilter 35 Abgasreinigungsmoduls, eingangs- und/oder ausgangsseitig des SCR-Katalysators 36, eingangs- und/oder ausgangsseitig des Luftfilters 7, eingangs- und ausgangsseitig der Verdichter 8, 10, in den Abgasrückführungsleitungen 24, 27 und gegebenenfalls an weiteren Stellen angeordnet sein, um die Temperatur- und Druckverhältnisse zu erfassen. Vorzugsweise ist femer ein Luftmassenstromsensor stromab des Luftfilters 7 vorgesehen, um den Frischluftmassenstrom zu erfassen. Weiterhin sind vorzugsweise Abgassensoren im Abgastrakt 6, wie beispielsweise eine Lambdasonde im Abgaskrümmer 33 und vor und/oder nach dem Drei-Wege-Katalysator 34 bzw. dem Partikelfilter 35 angeordnet, vorgesehen. Vor allem ist erfindungsgemäß ein bevorzugt als NOx-Sensor ausgebildeter Abgas-Sensor zwischen dem Partikelfilter und der Zugabevorrichtung 38 bzw. der Abzweigung der Niederdruck-AGR-Leitung 24 vorgesehen. Der NOx-Sensor kann ein mit einer NOx-Konzentration des Abgases korrelierendes
Ausgangssignal und gegebenenfalls weitere Ausgangssignale, insbesondere ein mit dem Abgas-λ korrelierendes Ausgangssignal abgeben. Daneben kann ein ebenfalls nicht gesondert dargestellter NOx-Sensor ausgangsseitig de SCR-Katalysators 36 vorgesehen sein. Die Signale der vorhandenen Sensoren sind von einem nicht dargestellten Steuergerät verarbeitbar, welches anhand der Signale und gespeicherten Kennlinien und Kennfelder Betriebszustände des Motors 1 allgemein, insbesondere im Abgastrakt 6 und im
Luftzufuhrsystem 5 ermitteln und durch Ansteuerung von Stellgliedern gesteuert und/oder geregelt einstellen kann. Insbesondere sind Abgasrückführmassenströme im Nieder- und Hochdruckpfad sowie ein Lastzustand des Motors 1 in Bezug auf Drehmoment bzw. Mitteldruck sowie Drehzahl ermittel- bzw. einstellbar. Weiterhin sind Kraftstoffeinspritzparameter wie Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen je Arbeitszyklus sowie deren
Einspritzdruck, -Dauer und -Zeitpunkt einstellbar.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf im Diagramm von Fig. 2 gekennzeichnete Betriebsbereiche das erfindungsgemäße Betriebsverfahren näher beschrieben. Dabei sind die mit A bis G bezeichneten Betriebsbereiche durch Werte für eine Temperatur T sowie für eine auf eine Nennlast bezogene Motorlast M, beispielsweise gegeben als effektiver Mitteldruck pme, definiert. Die Temperatur T ist dabei eine unmittelbar hinter dem Drei-Wege-Katalysator 34 auftretende Temperatur im Abgastrakt 6, welche vorzugsweise mittels eines Temperaturfühlers erfasst und als maßgebend für die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 34 angesehen wird. Bei der nachfolgenden Erläuterung wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit beispielhaft davon ausgegangen, dass die mit A bis G benannten Betriebsbereiche in alphabetischer Reihenfolge, ausgehend von einem Motorkaltstart bei Temperaturen des Motors 1 und der Abgasreinigungsanlage 16 von 30 °C oder niedriger eingenommen werden. Dabei wird ferner davon ausgegangen, dass abgesehen vom Betriebsbereich G eine Temperatur des SCR-Katalysators 36 oder eine unmittelbar vor oder hinter dem SCR-Katalysator 36 messbare Abgastemperatur 200 °C noch nicht überschritten ist.
Nach einem Motorkaltstart ist die Abgasreinigungsanlage 16 noch kalt und wärmt sich erst durch Wärmeaufnahme infolge Durchströmung mit Abgas mehr oder weniger erhöhter Temperatur auf. In dem durch eine Temperatur T < 150 °C sowie eine den gesamten Lastbereich abdeckende Motorlast M gekennzeichneten Betriebsbereich A wird zur raschen Erwärmung der Abgasreinigungsanlage 16 und insbesondere des Drei- Wege-Katalysators 34 das unmittelbar eingangsseitig des Drei-Wege-Katalysators 34 angeordnete elektrisches Heizelement bestromt. Die Bestromung kann mit Beginn eines autarken Motorselbstlaufs begonnen werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die
Bestromung bereits vor dem Motorstart begonnen wird. Als Trigger hierfür kann dabei eine Erkennung einer Türschlossbetätigung oder einer Fahrersitzbelegung oder einer Gurtschlossverriegelung vorgesehen sein. Weiterhin wird nach erfolgtem Motorstart der Motor 1 dieseltypisch mit Luftüberschuss, jedoch mit einem speziellen Heizbrennverfahren betrieben, welches im Vergleich zum normalen Dieselmotorbetrieb eine erhöhte Abgastemperatur zur Folge hat. Im Heizbrennverfahren ist die Kraftstoffhaupteinspritzung auf etwa 3° KWnOT bis 7° KWnOT (Ansteuerbeginn) nach spät verlagert und die Haupteinspritzmenge zugunsten der Menge der angelagerten Nacheinspritzung vermindert. Zusätzlich kann eine Absenkung des Einspritzdrucks vorgesehen sein. Weiterhin sind ein oder zwei Voreinspritzungen vor dem oberen Totpunkt vorgesehen. Charakteristischerweise unterbleibt eine nicht vollständig verbrennende Nacheinspritzung um erhöhte HC- /CO-Emissionen zu vermeiden, welche infolge temperaturbedingter mangelnder Aktivität des Drei-Wege-Katalysator 34 resultieren würden.
Eine solche Nacheinspritzung, vorzugsweise bei Kurbelwinkeln des Ansteuerbeginns von mehr als 80° nOT, erfolgt jedoch zusätzlich zu den im Betriebsbereich A vorgesehenen Maßnahmen im Betriebsbereich B. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Betriebsbereich B durch eine Temperatur im Bereich 150 °C < T < 250 °C und eine den gesamten Lastbereich abdeckende Motorlast M gekennzeichnet. In diesem Betriebsbereich ist bereits ein mehr oder weniger starker HC-Umsatz des Drei-Wege-Katalysators 34 ermöglicht. Infolge der dabei freiwerdenden Reaktionswärme erwärmt sich dieser rasch und die Aktivität nimmt daher ebenfalls rasch zu.
Bei weiterer Erwärmung des Drei-Wege-Katalysators 34 auf einen Temperaturbereich von 250 °C < T < 350 °C werden, je nach Motorlast M die Betriebsbereiche C und D erreicht. Dabei ist der Betriebsbereich C zusätzlich durch eine Motorlast M von weniger als 20 % und der Betriebsbereich D durch eine Motorlast M von mehr als 20 % der Nennlast gekennzeichnet. In den Betriebsbereichen C und D bleibt die Bestromung des elektrischen Heizelements vorzugsweise aktiv. Infolge der fortgeschrittenen Erwärmung des Drei-Wege-Katalysators 34 ist dieser in den Betriebsbereichen C und D in Bezug auf seine Drei-Wege-Funktion betriebsbereit und der Motor 1 wird auf einen Betrieb mit einem Verbrennungs-λ von etwa 1 ,0 umgestellt. Dabei wird ein in einem Zielbereich zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert oszillierender Zielwert für das Luft- Kraftstoffverhältnis λ eingestellt. Als unterer Grenzwert ist im Betriebsbereich C ein Verbrennungs-λ von 0,97 und im Betriebsbereich D von 0,98 vorgesehen. Als obere Grenzwerte werden 1 ,0 bzw. 1 ,05 im Betriebsbereich C bzw. D eingestellt. Infolge des etwas niedrigeren Mittelwerts des Verbrennungs-λ im Betriebsbereich C ist dort eine CH4- bzw. N20-Emission in vorteilhafter Weise vermindert. Nachfolgend wird die erfindungsgemäß vorgesehene Vorgehensweise bei der Einstellung des Verbrennungs-λ von etwa 1 ,0 näher erläutert. Hierzu wird auf eine in Fig. 3 schematisch wiedergegebene NOx-Umsatzkurve des Drei-Wege-Katalysators 34 Bezug genommen. Diese gibt lediglich beispielhaft eine für den maßgeblichen Betriebsbereich abgespeicherte λ-Abhängigkeit des NOx-Umsatzes des Drei-Wege-Katalysators 34 wieder. Beispielhaft ist ein λ-Zielbereich Δλ im von 0,98 < λ < 1 ,05 eingetragen. Diesem entspricht vorliegend ein Zielbereich für den NOx-Umsatz zwischen 43 % und 94 % Zur Einstellung des λ-Zielwerts im λ-Zielbereich Δλ wird zunächst ein Vorsteuerwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis im Bereich zwischen λ = 1 ,10 und λ = 1 ,15 eingestellt. Hierfür werden die Luftzufuhrmenge und Abgasrückführmenge auf betriebspunktabhängige Vorsteuerwerte durch Betätigung der Drosselklappe 13, Stellmittel für die Abgasturbolader 9, 11 sowie die AGR-Ventile 26, 28 eingestellt und die für den λ-Vorsteuerwert erforderliche Kraftstoffmenge über die Summe aus Voreinspritzung, Haupteinspritzung und angelagerter Nacheinspritzung eingestellt. Typischerweise wird die Drosselklappe auf Werte zwischen 70 % und 95 %, eine Ladedrucklappe auf Werte zwischen 5 % bis 45 % und ein Wastegate auf Werte zwischen 25 % und 45 % geschlossen. Bevorzugt wird das Hochdruck-AGR-Ventil 28 ganz geschlossen und die Abgasrückführmenge durch
Betätigung des Niederdruck-Abgasrückführventils 26 und der Abgasaufstauklappe 17 eingestellt. Durch Absetzung einer berechneten Vorsteuer-Menge einer späten, nicht drehmomentwirksamen Nacheinspritzung bei einem Kurbelwinkel von > 80° nOT erfolgt eine Anfettung zur Erreichung des λ-Zielwerts. Dessen genauer Wert wird durch
Errechnung des NOx-lst-Umsatzes des Drei-Wege-Katalysators 34 und Rückgriff auf die NOx-Umsatzkurve ermittelt. Zur Errechnung des NOx-lst-Umsatzes wird die kennfeld- mäßig abgespeicherte NOx-Rohemission des Motors mit der durch den Abgassensor hinter dem Drei-Wege-Katalysator 34 messtechnisch ermittelten NOx-Konzentration des Abgases verrechnet. Durch schrittweise Erhöhung bzw. Verminderung der spät eingespritzten Kraftstoffmenge wird eine Erhöhung bzw. Verminderung des gemessenen NOx- Umsatzes derart bewirkt, dass dieser einen Sollwert innerhalb des Zielbereichs annimmt und daher der λ-Zielwert innerhalb des λ-Zielbereichs liegt. Dabei erfolgt ein oszillierendes Überstreichen des λ-Zielbereichs mit einer Frequenz zwischen 1 und 5 Hz.
Eine Verbesserung der Genauigkeit der Nacheinspritzmengen-Einstellung ist durch eine Adaption ermöglicht, welche von Zeit zu Zeit, bevorzugt jeweils kurz vor einer angeforderten thermischen Partikelfilterregeneration erfolgt. Dabei wird ausgehend von einem Betrieb des Motors 1 mit Luftüberschuss analog der oben beschriebenen Vorgehensweise ein λ-Wert eingestellt, der einem vorgebbaren λ-Zielwert im λ-Zielbereich Δλ entsprechen sollte. Durch Ermittlung des NOx-lst-Umsatzes und Rückgriff auf die NOx- Umsatzkurve wird der zugehörige λ-lstwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses ermittelt.
Werden Abweichungen vom λ-Zielwert festgestellt, so wird ein Korrekturwert derart ermittelt, dass dessen Addition zum λ-Zielwert den λ-lstwert ergibt. Durch diese Adaption ist die Genauigkeit einer zu einem späteren Zeitpunkt erfolgenden Einstellung des Luft- Kraftstoffverhältnisses von etwa λ = 1 ,0 verbessert.
Nachfolgend werden unter erneuter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Diagramm die Einstellungen der weiter vorgesehenen Betriebsbereiche erläutert. Dabei wird bei weiterer Erwärmung des Drei-Wege-Katalysators 34 mit einer ausgangsseitig
gemessenen Temperatur von 350 °C < T < 450 °C und einer Motorlast M < 20 % der Betriebsbereich E erreicht. Die hier vorgenommenen Einstellungen entsprechen mit Ausnahme des deaktivierten Heizelements denen des Betriebsbereichs C. Dabei ist analog zum Betriebsbereich C durch die im Vergleich zum Betriebsbereich D etwas fettere λ-Abstimmung eine Lachgas- und/oder Methanbildung am Drei-Wege. Katalysator 34 weitgehend vermeidbar. In dem sich zu höheren Temperaturen bis T = 650 °C bzw. höheren Motorlasten M anschließenden Betriebsbereich F sind, wiederum abgesehen vom deaktivierten Heizelement, die Einstellungen des Betriebsbereichs D vorgesehen. Oberhalb einer Temperatur von T = 650 °C wird im Betriebsbereich G der Motor 1 normal, d.h. mit einem für dieselmotorischen Betrieb typischen Luftüberschuss betrieben, da hier davon ausgegangen wird, dass der SCR-Katalysator 34 eine Temperatur von wenigstens 180 °C überschritten hat und betriebsbereit ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Betriebsbereiche A bis G nicht notwendigerweise in ihrer alphabetischen Reihenfolge eingenommen werden müssen. Abhängig vom Fahrbetrieb und damit verbunden abhängig von Abgastemperatur und Abgasmassenstrom können die Betriebsbereiche A bis G vielmehr im Wechsel und zeitlich verteilt erreicht werden.
Im Rahmen der beschriebenen Vorgehensweise ist es zudem bevorzugt vorgesehen, eine im Laufe der Zeit eintretende, alterungsbedingte Umsatzeinbuße des Drei-Wege- Katalysators 34 abzuschätzen. In Korrelation zur ermittelten Alterung werden die
Temperaturgrenzen, welche die Betriebsbereiche A bis G voneinander abgrenzen, angehoben. Dies ist insbesondere für die Temperaturgrenzen zwischen den
Betriebsbereichen A und B sowie B und C bzw. D vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage umfassend in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet einen Drei-Wege-Katalysator (34) und einen SCR-Katalysator (36), bei welchem der Dieselmotor (1 ) in einem ersten Betriebsbereich (C, D, E, F), in welchem der SCR- Katalysator (34) eine vorgebbare Mindesttemperatur unterschreitet, wenigstens zeitweise mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis von etwa λ = 1 ,0 betrieben wird, und in einem zweiten Betriebsbereich (G), in welchem der SCR-Katalysator (34) die vorgebbare Mindesttemperatur überschreitet, mit einem für normalen Dieselmotorbetrieb typischen Luftüberschuss betrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (λ) im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) ein mit einer NOx-Konzentration des Abgases korrelierendes Ausgangssignal eines stromab des Drei-Wege-Katalysators (34) angeordneten Abgassensors herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (λ) im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) aus dem mit der NOx-Konzentration korrelierenden Ausgangssignal des Abgassensors ein NOx- Ist- Umsatz des Drei-Wege-Katalysators (34) ermittelt wird und eine dem Motor (1 ) zugeführte Luftmenge und/oder Kraftstoffmenge solange verändert werden, bis der NOx-lst-Umsatz einen vorgebbaren NOx-Soll-Umsatz wenigstens annähernd erreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) ein innerhalb eines vorgebbaren Zielbereichs (Δλ) liegender Zielwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein innerhalb des Zielbereichs (Δλ) oszillierender Zielwert für das Luft- Kraftstoffverhältnis (λ) eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Vorsteuerwert für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) durch Abgabe einer für eine angeforderte Motorlast (M) erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge und einer zu deren Verbrennung wenigstens annähernd erforderlichen Luftmenge vorgesteuert eingestellt wird und zur Einstellung des Zielwerts für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) der Vorsteuerwert durch wenigstens eine die Motorlast (M) wenigstens annähernd unbeeinflusst lassende späte Kraftstoffnacheinspritzung vermindert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zielbereich (Δλ) für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) durch zugeordnete NOx-Soll- Umsatzwerte des Drei-Wege-Katalysators (34) vorgegeben wird, wobei für die Zuordnung von Luft-Kraftstoffverhältniswerten (λ) zu NOx-Soll-Umsatzwerten auf eine abgespeicherten NOx-Umsatzkennlinie zurückgegriffen wird, welche eine Abhängigkeit des NOx-Umsatzes vom Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) für den Drei- Wege-Katalysator (34) wiedergibt
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass von Zeit zu Zeit im zweiten Betriebsbereich eine Adaption des Zielbereichs (Δλ) für das Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) vorgenommen wird, wobei ein aktueller NOx- Ist- Umsatz des Drei-Wege-Katalysators (34) ermittelt wird und weiter ein Korrekturwert für einen aktuell eingestellten Zielwert des Luft- Kraftstoffverhältnisses (λ) derart ermittelt wird, dass der mit dem Korrekturwert korrigierte Zielwert des Luft-Kraftstoffverhältnisses (λ) einem Luft-Kraftstoffverhältnis (λ) entspricht, welches durch die NOx-Umsatzkennlinie dem NOx-lst- Umsatz zuzuordnen ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) innerhalb eines insbesondere ersten Temperaturbereichs für den Drei-Wege-Katalysator (34) der Dieselmotor (1 ) mit einem Heizbrennverfahren mit Luftüberschuss betrieben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Betriebsbereich (C, D, E, F) innerhalb eines insbesondere zweiten Temperaturbereichs für den Drei-Wege-Katalysator (34) ein dem Drei-Wege- Katalysator (34) vorgeschaltetes elektrisches Heizelement bestromt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bestromen des elektrischen Heizelements vor Durchführen eines Motorstarts begonnen wird.
PCT/EP2011/006123 2011-04-19 2011-12-07 Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage WO2012143025A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/112,819 US20140041367A1 (en) 2011-04-19 2011-12-07 Operating Method for a Motor Vehicle Diesel Engine Having an Exhaust Emission Control System
EP11804641.6A EP2699771A1 (de) 2011-04-19 2011-12-07 Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011017486A DE102011017486A1 (de) 2011-04-19 2011-04-19 Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage
DE102011017486.9 2011-04-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012143025A1 true WO2012143025A1 (de) 2012-10-26

Family

ID=45444570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/006123 WO2012143025A1 (de) 2011-04-19 2011-12-07 Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140041367A1 (de)
EP (1) EP2699771A1 (de)
DE (1) DE102011017486A1 (de)
WO (1) WO2012143025A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170022939A1 (en) * 2013-12-20 2017-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine (as amended)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2354485A1 (de) * 2010-01-13 2011-08-10 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Abgassystem für eine Maschine mit Kompressionszündung
WO2011158375A1 (ja) * 2010-06-18 2011-12-22 トヨタ自動車株式会社 車両の排気制御装置
US9506414B2 (en) * 2013-10-01 2016-11-29 GM Global Technology Operations LLC Cold start emissions reduction diagnostic system for an internal combustion engine
JP6217398B2 (ja) * 2014-01-09 2017-10-25 マツダ株式会社 ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
DE102014202002B4 (de) * 2014-02-04 2016-11-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102014205156A1 (de) * 2014-03-19 2015-09-24 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Abgasanlage
DE102016200327A1 (de) * 2016-01-14 2017-07-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Abgasturbo-Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine
GB2546488B (en) * 2016-01-19 2020-05-13 Ford Global Tech Llc An engine exhaust gas recirculation system with at least one exhaust recirculation treatment device
DE102016201770B3 (de) * 2016-02-05 2017-06-29 Ford Global Technologies, Llc Selbstzündende und für den HCCI-Betrieb geeignete Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
US10774720B2 (en) 2017-02-11 2020-09-15 Tecogen, Inc. NOx reduction without urea using a dual stage catalyst system with intercooling in vehicle gasoline engines
EP3580437A1 (de) 2017-02-11 2019-12-18 Tecogen, Inc. System zur zweistufigen verbrennungsmotornachbehandlung mit verwendung von abgaszwischenkühlung und laderangetriebenem luftejektor
DE102017115408A1 (de) * 2017-07-10 2019-01-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
JP6844576B2 (ja) * 2018-04-09 2021-03-17 株式会社デンソー 空燃比制御装置
US11346266B2 (en) * 2018-12-14 2022-05-31 Weichai Power Co., Ltd. Engine exhaust aftertreatment device and method
US11578635B2 (en) * 2019-04-26 2023-02-14 Weichai Power Co., Ltd. Post-treatment system, method for controlling post-treatment system, and vehicle
US11015503B2 (en) 2019-05-29 2021-05-25 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Exhaust component assembly with heating element and carved substrate
CN111322144A (zh) * 2020-03-31 2020-06-23 广西玉柴机器股份有限公司 一种当量燃烧燃气发动机的排放控制方法及装置
DE102020207891A1 (de) 2020-06-25 2021-12-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
DE102020208838A1 (de) * 2020-07-15 2022-01-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Recheneinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
DE102021107433A1 (de) 2021-03-24 2022-09-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
DE102021128553B3 (de) 2021-11-03 2023-02-09 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005022420A1 (de) * 2005-05-14 2006-06-14 Daimlerchrysler Ag Abgasreinigungsanlage und Abgasreinigungsverfahren mit externer Reduktionsmittelzudosierung
US20090133383A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Shost Mark A Selective NOx catalytic reduction system including an ammonia sensor
WO2009134831A2 (en) * 2008-05-02 2009-11-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Passive ammonia-selective catalytic reduction for nox control in ineternal combustion engines
DE102009015900A1 (de) 2009-04-01 2010-10-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Diesel-Brennkraftmaschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19852244C1 (de) * 1998-11-12 1999-12-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung
US7114325B2 (en) * 2004-07-23 2006-10-03 Ford Global Technologies, Llc Control system with a sensor
JP4492669B2 (ja) * 2007-10-24 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
JP4724217B2 (ja) * 2008-10-14 2011-07-13 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005022420A1 (de) * 2005-05-14 2006-06-14 Daimlerchrysler Ag Abgasreinigungsanlage und Abgasreinigungsverfahren mit externer Reduktionsmittelzudosierung
US20090133383A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Shost Mark A Selective NOx catalytic reduction system including an ammonia sensor
WO2009134831A2 (en) * 2008-05-02 2009-11-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Passive ammonia-selective catalytic reduction for nox control in ineternal combustion engines
DE102009015900A1 (de) 2009-04-01 2010-10-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Diesel-Brennkraftmaschine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170022939A1 (en) * 2013-12-20 2017-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine (as amended)
US10077744B2 (en) * 2013-12-20 2018-09-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011017486A1 (de) 2012-10-25
US20140041367A1 (en) 2014-02-13
EP2699771A1 (de) 2014-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2699771A1 (de) Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor mit einer abgasreinigungsanlage
EP2705227B1 (de) Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor
DE102010063425B4 (de) Verfahren und Systeme zur Steuerung von Emissionssystemen
EP1524417B1 (de) Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader und Sekundärlufteinblasung, sowie Diagnose und Regelung der Sekundärlufteinblasung
EP3475543B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP2635777B1 (de) Kraftfahrzeug-brennkraftmaschine und betriebsverfahren für eine kraftfahrzeug-brennkraftmaschine
EP3921520B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem sowie verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP2788598B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer verbrennungskraftmaschine mit einer abgasreinigungseinheit
EP1630394A2 (de) Dieselmotor
DE102010063871A1 (de) Verfahren und Systeme für die Emissionssystemsteuerung
DE102009007765A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer einen SCR-Katalysator umfassenden Abgasreinigungsanlage
DE102008007784A1 (de) Parallel-sequentielles Turboladen für verbesserte Abgastemperatursteuerung
EP3084192A1 (de) Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
EP3344863A1 (de) Verfahren sowie vorrichtung zur abgasnachbehandlung einer brennkraftmaschine
WO2010089038A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer abgasreinigungsanlage
DE102011013183A1 (de) Lachgasoptimiertes Abgasnachbehandlungssystem einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren hierfür
DE10252343B4 (de) Emissionssteuersystem und -verfahren für eine Brennkraftmaschine
DE102010002606A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Regeneration eines Partikelfilters
DE102009036060A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer NOx-Rohemission eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors
DE102011017482A1 (de) Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage mit einem Partikelfilter und einer nachgeschalteten SCR-Katalysatoreinheit
DE102011117220A1 (de) Energiebasierte regelung einer turbinenauslasstemperatur in einem fahrzeug
DE102009021114A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine
DE10029504A1 (de) Mehrstufiges Brennverfahren für Dieselmotoren mit niedriger Luftzahl
EP2294292B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines abgasnachbehandlungssystems
EP3561262B1 (de) Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11804641

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011804641

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011804641

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14112819

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE