WO2016198151A1 - Brennkraftmaschine mit formaldehyd-sensor - Google Patents

Brennkraftmaschine mit formaldehyd-sensor Download PDF

Info

Publication number
WO2016198151A1
WO2016198151A1 PCT/EP2016/000899 EP2016000899W WO2016198151A1 WO 2016198151 A1 WO2016198151 A1 WO 2016198151A1 EP 2016000899 W EP2016000899 W EP 2016000899W WO 2016198151 A1 WO2016198151 A1 WO 2016198151A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arrangement
formaldehyde
combustion engine
internal combustion
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/000899
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Fast
Wolfgang Fimml
Christian Frey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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 MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Publication of WO2016198151A1 publication Critical patent/WO2016198151A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • 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
    • 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
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • 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
    • 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
    • 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
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/20—Formaldehyde
    • 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
    • F01N2900/08—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the engine
    • 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
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • 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
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus

Definitions

  • the present invention is based on an arrangement with an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a distance engineering target
  • the object of the present invention is to specify an arrangement with an internal combustion engine, which enables knowledge of the actual formaldehyde emissions, so that the internal combustion engine can be operated more efficiently or with higher efficiency.
  • the internal combustion engine is preferably a gas engine or, for example, also a diesel engine.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a large engine, for example, with a number of cylinders between 6 and 24, wherein the internal combustion engine may be provided by way of example for a commercial vehicle, a special vehicle, a ship or for industrial applications, for example in the context of cogeneration units or power generation units.
  • the internal combustion engine is a gas engine, which is operated with gaseous fuel or fuel gas, for example in the form of biogas, landfill gas, synthesis gas,
  • the arrangement preferably also includes an exhaust gas line, which is assigned to the internal combustion engine in particular.
  • an exhaust line can be arranged an exhaust aftertreatment device, for example comprising a
  • Oxidation catalyst or e.g. an SCR facility.
  • exhaust gas is the
  • the arrangement further comprises a formaldehyde sensor which senses formaldehyde (HCHO) in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • HCHO formaldehyde
  • the formaldehyde sensor is preferably connected to an engine management device of the internal combustion engine, in particular operatively connected.
  • the network signals of the formaldehyde sensor can be transmitted to the engine management device, which contain the information or sensor information about a - current - formaldehyde concentration in the exhaust gas.
  • the formaldehyde sensor can be in or on
  • Be arranged exhaust line for example after the oxidation catalyst, alternatively or additionally, for example, in front of the exhaust line or on the input side thereof.
  • the arrangement is preferably also arranged to adjust based on the sensor information of the formaldehyde sensor formaldehyde emission of the internal combustion engine during operation, especially over the entire life thereof, in particular the engine management device, for example a (central ) ECU (ECU: Electronic Control Unit), which makes or influences the setting in cooperation with the formaldehyde sensor.
  • the engine management device for example a (central ) ECU (ECU: Electronic Control Unit), which makes or influences the setting in cooperation with the formaldehyde sensor.
  • the setting is preferably carried out within the scope of a control, for which the internal combustion engine or the arrangement in particular has a (closed) control loop (closed loop), which is formed by means of the formaldehyde sensor and the engine management device.
  • a control loop closed loop
  • the formaldehyde emission can be controlled continuously during operation of the internal combustion engine to a target value specification, which is preferably immediately - and always - below a limit to be observed.
  • a control circuit of the internal combustion engine formed with the formaldehyde sensor can work adaptively or predictively.
  • a regulation can furthermore also be formed by means of at least one decentralized functional unit, eg a control unit, which communicates with the engine management unit.
  • the arrangement is preferably set up, in particular via the engine management device, to influence at least one of the manipulated variables during operation of the internal combustion engine, i. depending on the current detected with the formaldehyde sensor formaldehyde emission: an ignition point, a combustion air ratio, a pre-chamber gas quantity, a (Multipoint Injection-) MPI injection window area.
  • the efficiency of the internal combustion engine over the life in the context of the present invention can be advantageously increased.
  • the formaldehyde concentration in the exhaust gas would decrease over the life of conventional internal combustion engines, this decrease is probably based on the fact that gaps or dead volumes in the combustion chamber, for example on piston rings, are added over time, so that from this, no excess or unburned hydrocarbons (HC) can be released more (which hydrocarbons are relevant in particular for gas engines in terms of the amount accumulated and for the Formaldehyd emissions are the very cause)).
  • the invention preferably sets or adjusts a constant formaldehyde emission value, ie preferably over the (entire) service life (operating hours), which is in particular close to the emission limit value.
  • the formaldehyde sensor is preferably a sensor with a high or very high measuring sensitivity, insofar as it also low concentrations of formaldehyde in the exhaust gas can be detected.
  • a formaldehyde sensor is disclosed, for example, in the document DE 10 2010027 070 Al, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
  • Such a sensor for detecting gases has at least one gas-sensitive region containing IrLjSnsOn. It can be provided that the sensor is integrated in or combined with another sensor of the arrangement, e.g. with one
  • Catalyst drove, advantageously by means of the formaldehyde sensor, i. the sensed formaldehyde concentration in the exhaust gas (after the oxidation catalyst), recognized and with the
  • Fig. 3 shows by way of example and schematically a diagram which shows the course of respective
  • FIG. 1 shows by way of example and schematically an arrangement 1 with an internal combustion engine 3 in the form of a gas engine, wherein the gas engine is provided in particular for a lean operation.
  • an exhaust line 5 of the arrangement 1 Connected to the gas engine 3 is an exhaust line 5 of the arrangement 1, which optionally may have an exhaust gas aftertreatment device 7, and which discharges downstream, for example, to the environment.
  • the engine operation is controlled by an engine management device 9 of the arrangement 1, which is provided as a central control unit or ECU (ECU: Electronics Control Unit). Specifications or manipulated variables for controlling the internal combustion engine operation are generated via the engine management device 9 (which are transmitted to actuators such as valves and connected control devices), Bz. 11.
  • the arrangement 1 further comprises a formaldehyde sensor 13, for example also two or more formaldehyde sensors 13, wherein the formaldehyde sensor 13 senses formaldehyde (HCHO) in the exhaust gas of the internal combustion engine 3.
  • the formaldehyde sensor 13 is arranged on the input side of the exhaust system 5, for
  • Example before or after an exhaust gas turbocharger eg also downstream of the at least one Combustion chamber of the internal combustion engine 3 or generally before the exhaust aftertreatment device 7.
  • the formaldehyde sensor 13 with a sensing element immersed in the exhaust gas, which Sensierelement preferably Iri4Sn 3 0 12 contains.
  • a suitable sensor receptacle is preferably formed directly on exhaust tract 5 for this purpose.
  • the formaldehyde sensor 13 is signaling connected to the engine management device 9 and supplies in the engine operation signals to the engine management device 9, which contain a formaldehyde (concentration) information, referred to herein also as sensor information 15.
  • a control loop is further formed, with which the formaldehyde emission of the internal combustion engine 3 - based on the sensor information 15 of the formaldehyde sensor 13 - set or regulated during operation of the internal combustion engine 3 , With the regulation, the
  • Formaldehyde emission continuously adjusted to a particular constant setpoint specification, which ensures compliance with a given emission limit value 17, but preferably only just below the threshold value 17.
  • manipulated variables are generated by the engine management device 9 in FIG.
  • 2 illustrates a further embodiment of the arrangement 1 according to the invention, wherein the exhaust system 5 of the arrangement 1 has an oxidation catalytic converter 19 and wherein the formaldehyde sensor 13 is arranged downstream of the oxidation catalytic converter 19 in the exhaust gas system 5.
  • the formaldehyde sensor 13 detects formaldehyde values after oxidation by the oxidation catalyst 19, which formaldehyde concentrations are lower due to the "afterburning", insofar as a higher measurement sensitivity is required, but simple accommodation at the exhaust gas line 5 is advantageous Accommodation according to Fig. 1 in possibly space-constrained environments.
  • a control circuit by means of formaldehyde sensor 13 and engine management device 9 is also formed in the embodiment according to FIG. 2, by means of which the formaldehyde emissions-via influencing manipulated variables by the engine management device 9 -so be set that a limit over the life of the device 1 is always maintained.
  • FIG. 3 now shows a diagram which, by way of example, shows the course of the line A)
  • Formaldehyde emissions shows. With initial operation of the internal combustion engine 3, the uncontrolled emissions of formaldehyde are maximum, since from dead volumes of the combustors massive formaldehyde emissions resulting from released HC deposits result, that is, from incomplete HC combustion. With clogging of the dead volumes, the unregulated formaldehyde emissions continue to increase
  • the manipulated variables influencing the combustion process are adjusted or regulated in such a way that the predetermined limit value 17 is always kept short, that is to say according to a desired value specification (just below the limit value 19).
  • the sensor information 15 is evaluated by the engine management device 9 and subsequently set or adjusted the desired value by influencing the manipulated variables.
  • At least one of the control variables ignition point, combustion air ratio, pre-chamber gas quantity and blowing window area is affected. flows, with the proviso to achieve the most efficient combustion process or engine operation while maintaining the setpoint specification as consistent as possible (so that the potential 23 is used over a formaldehyde decrease A) according to the prior art for an increase in efficiency). As the service life increases, for example, an ignition point can be increasingly advanced, so that the efficiency can be increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Anordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (3), wobei die Anordnung (1) einen Formaldehyd-Sensor (13) aufweist, welcher Formaldehyd im Abgas der Brennkraftmaschine (3) sensiert.

Description

BESCHREIBUNG BRENNKRAFTMASCHINE MIT FORMALDEHYD-SENSOR
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Um mit Betriebsaufhahme einer herkömmlichen Brennkraftmaschine einen Formaldehyd- Grenzwert zuverlässig einzuhalten, ist ein Abstand („Engineering Target") zu dem Grenzwert bei der anfänglichen Motorabstimmung zu Grunde zu legen. Dies ist im Hinblick auf den
Wirkungsgrad nachteilig, insbesondere als die Formaldehyd-Emissionen mit zunehmender Alterung weiter abnehmen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine anzugeben, welche eine Kenntniserlangung der tatsächlichen Formaldehyd-Emissionen ermöglicht, so dass die Brennkraftmaschine effizienter bzw. mit höherem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine bevorzugt ein Gasmotor oder zum Beispiel auch ein Dieselmotor ist. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Großmotor ausgeführt, zum Beispiel mit einer Zylinderanzahl zwischen 6 und 24, wobei die Brennkraftmaschine beispielhaft für ein Nutzfahrzeug, ein Sonderfahrzeug, ein Schiff oder für Industrieanwendungen vorgesehen sein kann, zum Beispiel auch im Rahmen von Blockheizkraftwerken oder Stromerzeugungsaggregaten. Allgemein bevorzugt ist die Brennkraftmaschine ein Gasmotor, welcher mit gasformigem Kraftstoff bzw. Brenngas betrieben wird, zum Beispiel in Form von Biogas, Deponiegas, Synthesegas,
Sondergas oder Erdgas. Die Anordnung umfasst neben der Brennkraftmaschine bevorzugt auch einen Abgasstrang, welcher der Brennkraftmaschine insbesondere zugeordnet ist. In einem solchen Abgasstrang kann eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet sein, z.B. umfassend einen
Oxidationskatalysator oder z.B. eine SCR-Einrichtung. Im Abgasstrang wird Abgas der
Brennkraftmaschine geführt.
In die Erfindung kennzeichnender Weise umfasst die Anordnung weiterhin einen Formaldehyd- Sensor, welcher Formaldehyd (HCHO) im Abgas der Brennkraftmaschine sensiert. Hierdurch gelingt es vorteilhaft einfach, Aufschluss über die aktuellen, tatsächlichen Formaldehyd- Emissionen der Brennkraftmaschine zu erlangen, welche Information in der Folge - und im Rahmen der vorliegenden Erfindung - für einen effizienteren Betrieb der Brennkraftmaschine herangezogen wird.
Verbunden ist der Formaldehyd-Sensor hierzu bevorzugt mit einer Motormanagement- Einrichtung der Brennkraftmaschine, insbesondere wirkverbunden. In dem Verbund können Signale des Formaldehyd-Sensors an die Motormanagement-Einrichtung übermittelt werden, welche die Information bzw. Sensorinformation über eine - aktuelle - Formaldehyd- Konzentration im Abgas enthalten. Der Formaldehyd-Sensor kann hierbei im bzw. am
Abgasstrang angeordnet sein, zum Beispiel nach dem Oxidationskatalysator, alternativ oder zusätzlich zum Beispiel auch vor dem Abgasstrang oder eingangsseitig an demselben.
In entsprechender Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung vorzugsweise auch eingerichtet, basierend auf der Sensorinformation des Formaldehyd-Sensors eine Formaldehyd- Emission der Brennkraftmaschine bei Betrieb derselben einzustellen, insbesondere über die gesamte Lebensdauer derselben, wobei insbesondere die Motormanagement-Einrichtung, zum Beispiel eine (zentrale) ECU (ECU: Electronic Control Unit), die Einstellung im Wirkverbund mit dem Formaldehyd-Sensor leistet bzw. beeinflusst.
Bevorzugt wird die Einstellung hierbei im Rahmen einer Regelung durchgeführt, wozu die Brennkraftmaschine bzw. die Anordnung insbesondere einen (geschlossenen) Regelkreis (closed loop) aufweist, welcher mittels des Formaldehyd-Sensors und der Motormanagement-Einrichtung gebildet ist. Im Rahmen einer solchen Regelung kann die Formaldehyd-Emission bei Betrieb der Brennkraftmaschine kontinuierlich auf eine Sollwert- Vorgabe geregelt werden, welche bevorzugt unmittelbar - und stets - unter einem einzuhaltenen Grenzwert liegt. Allgemein kann ein solcher, mit dem Formaldehydsensor gebildeter Regelkreis der Brennkraftmaschine z.B. adaptiv oder prädiktiv arbeiten. Selbstverständlich kann eine Regelung weiterhin auch mittels wenigstens einer dezentralen Funktionseinheit, z.B. einem Steuergerät gebildet sein, welche mit der Motormanagement-Einrichtung kommuniziert.
Um die Formaldehyd-Emission insbesondere über die gesamte Lebensdauer der Anordnung einzustellen, ist die Anordnung bevorzugt eingerichtet, insbesondere via die Motormanagement- Einrichtung wenigstens eine der Stellgrößen bei Betrieb der Brennkraftmaschine zu beeinflussen, d.h. in Abhängigkeit der aktuellen, mit dem Formaldehyd-Sensor detektierten Formaldehyd- Emission: einen Zündzeitpunkt, ein Verbrennungsluftverhältnis, eine Vorkammer-Gasmenge, einen (MPI-; Multipoint Injection-) Einblasefensterbereich.
Mit geeigneter Einstellung bzw. Nachführung wenigstens einer dieser Stellgrößen kann der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine über die Lebensdauer im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft erhöht werden. Wie erfinderseitig überraschend erkannt wurde, nähme die Formaldehydkonzentration im Abgas über die Lebensdauer mit herkömmlichen Brennkraftmaschinen an sich ab, wobei dieser Abnahme wohl zu Grunde liegt, dass Spalte bzw. Totvolumina im Brennraum, zum Beispiel an Kolbenringen, über die Zeit zugesetzt werden, so dass hieraus keine überschüssigen bzw. unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) mehr freigesetzt werden können (welche Kohlenwasserstoffe insbesondere bei Gasmotoren im Hinblick auf die anfallende Menge relevant werden und für die Formaldehyd-Emissionen zuvorderst ursächlich sind)).
Demgegenüber wird mit der Erfindung bevorzugt ein gleichbleibender Formaldehyd-Emissions- wert eingestellt bzw. eingeregelt, i.e. bevorzugt über die (gesamte) Lebensdauer (Betriebsstunden), welcher insbesondere nahe am Emissions-Grenzwert liegt. Mit einer solchen Einstellung kommt es insoweit nicht zu einer Formaldehyd-Emissionsverringerung bzw. -abnähme über die Lebensdauer, wohingegen jedoch die Verbrennung über die Lebensdauer (kontinuierlich) effizienter eingestellt werden kann. So wird im Rahmen der Erfindung vorgesehen, korrespondierend mit alterungsbedingt abnehmendem HC- Aufkommen (unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Brennraum, s.a. oben) und damit korrespondierend niedrigeren (detektierten) Formaldehyd-Konzentrationen im Abgas auf einen verminderten HC-Abbrand durch Einstellung bzw. Nachführung der wenigstens einen Stellgröße hinzuwirken (so dass die Formaldehyd- emissionen durch diese Beeinflussung der wenigstens einen Stellgröße gleichbleiben, insbesondere gemäß dem Sollwert).
Z.B. und bevorzugt werden demgemäß geringere Abgastemperaturen mit zunehmender
Lebensdauer eingestellt, so dass vorteilhaft ein besserer Brenn verlauf bzw. eine bessere
Verbrennungslage, mithin ein höherer Wirkungsgrad, erzielt werden kann. Hierzu kann mit zunehmender Lebensdauer der Zündzeitpunkt von„spät" nach„früh" verstellt werden. Weiterhin kann z.B. ein Verbrennungsluftverhältnis (Lambda) von einer relativ fetteren Verbrennung hin zu einer relativ magereren, effizienteren Verbrennung verstellt werden.
Der Formaldehyd-Sensor ist vorzugsweise ein Sensor mit einer hohen oder sehr hohen Messempfindlichkeit, insoweit als damit auch niedrige Formaldehyd-Konzentrationen im Abgas detektierbar sind. Ein solcher Formaldehyd-Sensor ist zum Beispiel in der Druckschrift DE 10 2010027 070 AI offenbart, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Ein solcher Sensor zur Detektion von Gasen, weist mindestens einen gassensitiven Bereich auf, welcher IrLjSnsOn enthält. Vorgesehen kann sein, dass der Sensor in einen weiteren Sensor der Anordnung integriert bzw. mit einem solchen kombiniert ist, z.B. mit einen
Zylinderdrucksensor, einem NOx-Sensor oder einem NH3-Sensor. Mit der Erfindung und den aufgezeigten Weiterbildungsmöglichkeiten gelingt es somit, das
Potenzial der Brennkraftmaschine verbessert auszuschöpfen, da über die Lebensdauer auf einen verbesserten Wirkungsgrad unter steter Einhaltung eines Formaldehyd-Grenzwerts geregelt werden kann. Daneben muss ein großes„Engineering Target" nicht länger vorgehalten werden. Ferner können auch Alterungseffekte eines Oxidationskatalysators (im Abgasstrang), welche über die Laufzeit zu einer (detektierbaren) Reduktion der HCHO-Konvertierungsrate im
Katalysator fuhren, vorteilhaft mittels des Formaldehydsensors, d.h. der sensierten Formaldehydkonzentration im Abgas (nach dem Oxidationskatalysator), erkannt und mit der
Anordnung, insbesondere im Rahmen des geschlossenen Regelkreises, ausgeglichen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß einer ersten möglichen
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 exemplarisch und schematisch eine Anordnung gemäß einer zweiten möglichen
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 exemplarisch und schematisch ein Diagramm, welches den Verlauf jeweiliger
Formaldehydkonzentrationen nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung exemplarisch gegenüberstellt. In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Fig. 1 zeigt exemplarisch und schematisch eine Anordnung 1 mit einer Brennkraftmaschine 3 in Form eines Gasmotors, wobei der Gasmotor insbesondere für einen Magerbetrieb vorgesehen ist. Mit dem Gasmotor 3 verbunden ist ein Abgasstrang 5 der Anordnung 1 , welcher optional eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 7 aufweisen kann, und welcher abströmseitig zum Beispiel an die Umwelt ausmündet.
Kontrolliert wird der Brennkraftmaschinenbetrieb von einer Motormanagement-Einrichtung 9 der Anordnung 1 , welche als zentrale Steuereinheit bzw. ECU (ECU: Elektronik Control Unit) bereitgestellt ist. Über die Motormanagement-Einrichtung 9 werden Vorgaben bzw. Stellgrößen zur Steuerung des Brennkraftmaschinenbetriebs generiert (welche an Aktoren wie z.B. Ventile sowie angebundene Steuergeräte übermittelt werden), Bz. 11. Wie Fig. 1 weiterhin veranschaulicht, weist die Anordnung 1 weiterhin einen Formaldehyd- Sensor 13 auf, zum Beispiel auch zwei oder mehrere Formaldehyd- Sensoren 13, wobei der Formaldehyd-Sensor 13 Formaldehyd (HCHO) im Abgas der Brennkraftmaschine 3 sensiert. Hierbei ist der Formaldehyd-Sensor 13 eingangsseitig am Abgasstrang 5 angeordnet, zum
Beispiel vor oder nach einem Abgasturbolader, z.B. auch abströmseitig an dem wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine 3 oder allgemein vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 7. Um eine Formaldehydkonzentration im Abgas zu sensieren taucht der Formaldehyd-Sensor 13 mit einem Sensierelement in das Abgas ein, welches Sensierelement bevorzugt Iri4Sn3012 enthält. Eine geeignete Sensoraufnahme ist hierfür bevorzugt unmittelbar an Abgasstrang 5 gebildet.
Der Formaldehyd-Sensor 13 ist signalgebend mit der Motormanagement-Einrichtung 9 verbunden und liefert im Brennkraftmaschinenbetrieb Signale an die Motormanagement- Einrichtung 9, welche eine Formaldehyd(konzentrations)information enthalten, vorliegend auch als Sensorinformation 15 bezeichnet.
Mit dem derart ausgestalteten Wirkverbund aus Formaldehyd- Sensor 13 und Motormanagement- Einrichtung 9 ist weiterhin ein Regelkreis gebildet, mit welchem die Formaldehyd-Emission der Brennkraftmaschine 3 - basierend auf der Sensorinformation 15 des Formaldehydsensors 13 - bei Betrieb der Brennkraftmaschine 3 eingestellt bzw. geregelt wird. Mit der Regelung wird die
Formaldehyd-Emission kontinuierlich auf eine insbesondere gleichbleibende Sollwert- Vorgabe eingestellt, welche die Einhaltung eines vorgegebenen Emissions-Grenzwerts 17 gewährleistet, bevorzugt aber nur knapp unterhalb des Grenzwerts 17 liegt. Zur über die gesamte Betriebsdauer grenzwerteinhaltenden Einstellung der Formaldehyd- Emission werden hierbei Stellgrößen durch die Motormanagement-Einrichtung 9 in
Abhängigkeit der Sensorinformation 15 geeignet beeinflusst (hierauf wird unten anhand von Fig. 3 noch näher eingegangen). Fig.2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 1, wobei der Abgasstrang 5 der Anordnung 1 einen Oxidationskatalysator 19 aufweist und wobei der Formaldehyd-Sensor 13 dem Oxidationskatalysator 19 im Abgasstrang 5 nachgeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung erfasst der Formaldehyd-Sensor 13 Formaldehydwerte nach Auf- oxidation durch den Oxidationskatalysator 19, welche Formaldehyd-Konzentrationen durch die „Nachverbrennung" jedoch geringer sind, insoweit eine höhere Messempfindlichkeit erfordert ist. Vorteilhaft ist jedoch eine einfache Unterbringung am Abgasstrang 5 gegenüber einer Unterbringung nach Fig. 1 in eventuell bauraumbeengten Umgebungen. Wie bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist auch bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 ein Regelkreis mittels Formaldehyd-Sensor 13 und Motormanagement-Einrichtung 9 gebildet, mittels welchem die Formaldehyd-Emissionen - via Beeinflussung von Stellgrößen durch die Motormanagement- Einrichtung 9 - so eingestellt werden, dass ein Grenzwert über die Lebensdauer der Anordnung 1 stets eingehalten wird.
Bei den Ausgestaltungen nach Fig. 1 und Fig. 2 kann ein jeweiliger Regelkreis bevorzugt adaptiv und/oder prädiktiv ausgestaltet sein. Fig.3 zeigt nunmehr ein Diagramm, welches mit Linie A) beispielhaft den Verlauf der
Formaldehydemissionen gemäß dem Stand der Technik zeigt. Mit erstmaliger Betriebsaufnahme der Brennkraftmaschine 3 sind die ungeregelt ausgebrachten Formaldehydemissionen hierbei maximal, da aus Totvolumina der Brennkammern massiv Formaldehyd-Emissionen aus freigesetzten HC- Ablagerungen resultieren, das heißt aus unvollständiger HC- Verbrennung. Mit Zusetzen der Totvolumina nehmen die ungeregelten Formaldehydemissionen im weiteren
Betriebsfortgang sodann ab, so dass das Einhalten des Grenzwerts 17 nicht länger problematisch ist. Jedoch resultiert daraus ein ungünstiger Wirkungsgrad, da die Verbrennung nach wie vor mit anfänglichen, nicht nachgeführten Stellgrößen abläuft, zum Beispiel einhergehend mit unvorteilhaft hoher Abgastemperatur. Weiterhin ist - in Unkenntnis der sich tatsächlich einstellenden Emissionswerte - ein erheblicher Sicherheitsabstand zum Grenzwert mit
Betriebsaufhahme zu wählen, d.h. ein erhebliches, wirkungsgradnachteiliges„Engineering target" 21.
Demgegenüber stellt die Linie B) in Fig. 3 exemplarisch den Verlauf der Formaldehyd- Emissionen dar, wie er mit der Erfindung erzielt werden kann.
Über die gesamte Lebensdauer werden hierbei den Brennverlauf beeinflussende Stellgrößen so eingestellt bzw. geregelt, dass der vorgegebene Grenzwert 17 stets knapp eingehalten wird, das heißt entsprechend einer Sollwertvorgabe (knapp unterhalb des Grenzwerts 19). Hierzu wird zunächst die Sensorinformation 15 durch die Motormanagement-Einrichtung 9 ausgewertet und nachfolgend der Sollwert durch Beeinflussung der Stellgrößen eingestellt bzw. eingeregelt.
Im Rahmen der Regelung wird wenigstens eine der Stellgrößen Zündzeitpunkt, Verbrennungsluftverhältnis, Vorkammer-Gasmenge und Einblasefensterbereich (oder auch weitere) beein- flusst, mit der Maßgabe, einen möglichst effizienten Brennverlauf bzw. Motorbetrieb zu erzielen und dabei gleichzeitig die Sollwertvorgabe möglichst gleichbleibend einzuhalten (so dass das Potential 23 gegenüber einer Formaldehyd- Abnahme A) nach dem Stand der Technik für eine Wirkungsgradsteigerung genutzt wird). Mit zunehmender Lebensdauer kann hierbei z.B. ein Zündzeitpunkt zunehmend nach früh verstellt werden, so dass der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Anordnung
3 Brennkraftmaschine (Gasmotor)
5 Abgasstrang
7 Abgasnachbehandlungsvorrichtung
9 Motormanagement-Einrichtung
11 Vorgaben
13 Formaldehyd-Sensor
15 Sensorinformation
17 Grenzwert
19 Oxidationskatalysator
21 Engineering Target
23 Potential
A Emissionsverlauf nach Stand der Technik
B Emissionsverlauf nach der Erfindung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Anordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung (1) einen Formaldehyd-Sensor (13) aufweist, welcher Formaldehyd im
Abgas der Brermkraftmaschine (3) sensiert.
2. Anordnung ( 1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Formaldehyd-Sensor (13) mit einer Motormanagement-Einrichtung (9) der
Brennkraftmaschine (3) verbunden, insbesondere wirkverbunden, ist.
3. Anordnung ( 1 ) nach Anspruch 2 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung (1) einen Regelkreis aufweist, welcher mittels des Formaldehyd- Sensors
(13) und der Motormanagement-Einrichtung (9) gebildet ist.
4. Anordnung ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung (1) eingerichtet ist, basierend auf einer Sensorinformation (15) des
Formaldehydsensors (13) eine Formaldehyd- Emission der Brennkraftmaschine (3) bei Betrieb derselben einzustellen.
5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Formaldehyd-Emission bei Betrieb der
Brennkraftmaschine (3) kontinuierlich auf eine Sollwert- Vorgabe einzustellen oder zu regeln.
6. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein mit dem Formaldehydsensor (13) gebildeter Regelkreis der Anordnung (1) adaptiv oder prädiktiv arbeitet.
7. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung (1) eingerichtet ist, zur Einstellung einer Formaldehyd- Emission der Brennkraftmaschine (3) wenigstens eine der Stellgrößen bei Betrieb der Brennkraftmaschine (3) zu beeinflussen: einen Zündzeitpunkt, ein Verbrennungsluftverhältnis, Vorkammer-Gasmenge, einen Einblasefensterbereich.
8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennkraftmaschine (3) ein Gasmotor oder ein Dieselmotor ist.
9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Formaldehyd-Sensor (13) ein Sensor zur Detektion von Gasen, insbesondere Formaldehyd, ist, der mindestens einen gassensitiven Bereich aufweist, welcher Iri4Sn3Oi2 enthält.
10. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung (1) weiterhin einen Abgasstrang (5) aufweist, welcher der
Brennkraftmaschine (3) zugeordnet ist, wobei der Formaldehyd-Sensor (13) im Abgasstrang (5) angeordnet ist.
PCT/EP2016/000899 2015-06-10 2016-06-02 Brennkraftmaschine mit formaldehyd-sensor Ceased WO2016198151A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015007474.1 2015-06-10
DE102015007474.1A DE102015007474A1 (de) 2015-06-10 2015-06-10 Anordnung mit einer Brennkraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016198151A1 true WO2016198151A1 (de) 2016-12-15

Family

ID=56101418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/000899 Ceased WO2016198151A1 (de) 2015-06-10 2016-06-02 Brennkraftmaschine mit formaldehyd-sensor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015007474A1 (de)
WO (1) WO2016198151A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113294228A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 天津大学 一种挥发性有机废气处理系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1267071A1 (de) * 2001-06-12 2002-12-18 Deere & Company Motorsteuerungsverfahren und Motorsteuerung
DE102010027070A1 (de) 2010-07-13 2012-01-19 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Gas-Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung
US8371106B2 (en) * 2006-03-06 2013-02-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system of internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1267071A1 (de) * 2001-06-12 2002-12-18 Deere & Company Motorsteuerungsverfahren und Motorsteuerung
US8371106B2 (en) * 2006-03-06 2013-02-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system of internal combustion engine
DE102010027070A1 (de) 2010-07-13 2012-01-19 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Gas-Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113294228A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 天津大学 一种挥发性有机废气处理系统

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015007474A1 (de) 2016-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010020767B4 (de) Verfahren und Einrichtung zum Steuern von Kohlenwasserstoffzufuhr zu einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion mit Kohlenwasserstoffen
DE102011003948B4 (de) Verfahren zur Motorsteuerung mit Ventildeaktivierungsüberwachung unter Verwendung des Auslaßdrucks
EP1352160B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines abgasnachbehandlungssystems
WO2007065573A1 (de) Verfahren zur regelung einer brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden brennkraftmaschine
DE102013202989A1 (de) Dynamische katalysator steuerung und regelung
DE112009005122T5 (de) Vorrichtung zum bestimmen eines ungleichgewichtseines luft-kraftstoff-verhältnisses unter zylindernfür eine brennkraftmaschine
DE102016219548A1 (de) Ammoniak-Schlupf-Detektion
DE102008059698A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors mit einer einen Stickoxid-Speicherkatalysator aufweisenden Abgasreinigungsanlage
DE102010022683A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage
DE102018104035B4 (de) Steuerungsvorrichtung eines Motors
EP3320195B1 (de) Verfahren zum betreiben eines abgasnachbehandlungssystems mit einem scr-katalysator
DE4126705C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Stickoxidausstoßes von Verbrennungsmotoren
DE102011087310B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer linearen Lambdasonde
DE102017115399A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102019114790A1 (de) Nox-bildungsvorhersage für eine verbesserte katalysatorsteuerung
DE10339465A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung
WO2007096064A1 (de) Direkteinspritzende, fremdgezündete verbrennungskraftmaschine mit scr-katalysator
WO2016198151A1 (de) Brennkraftmaschine mit formaldehyd-sensor
DE10257645B4 (de) Vorrichtung zur Berechnung von Ansteuertiming und Ansteuerzeitdauer für die Ansteuerung von Steuerelementen eines Verbrennungsmotors
EP1706603B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer phase einer brennkraftmaschine
DE102007007815A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
EP0961871B1 (de) Verfahren und einrichtung zur steuerung einer verbrennungsanlage und zur katalytischen abgasreinigung sowie verbrennungsanlage
DE102008018013B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE10239258A1 (de) Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffregelungsvorrichtung
DE102005026054A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit einer Ventilhub-Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine in einer Kaltstartphase

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: 16727132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16727132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1