AT4705U1 - Verfahren zum betreiben einer fremdgezündeten brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NO`X- Speicherkatalysator im Abgasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Temperatur des NO`X- Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Sollwert für die Temperatur des NO`X- Speicherkatalysators vordefiniert wird. Um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasqualität auf möglichst einfache Art zu verbessern, ist vorgesehen, dass in lastfreien Betriebszuständen, bei welchen die Temperatur des NO`X- Speicherkatalysators über dem vordefinierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird. Das Wiedereinsetzen nach einem lastfreien Betriebszustand erfolgt ebenfalls ungedrosselt.

Description


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  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NOx- Speicherkatalysator im Abgasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Sollwert oder ein Sollwertkennfeld als Funktion von Einspritzmenge und/oder Motordrehzahl und/oder -last für die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators vordefiniert wird. 



  Um den NOx-Ausstoss bei direkteinspritzenden Otto-Motoren auf das vom Gesetzgeber vorgeschriebene Mass zu reduzieren, werden NOx- Speicherkatalysatoren eingesetzt. Speicher- oder Adsorberkatalysatoren verfügen über ein bestimmtes Temperaturfenster, in welchem eine NOx- Einspeicherung stattfinden kann. Dieses Temperaturfenster bestimmt im wesentlichen den Betriebsbereich der direkteinspritzenden Otto- Brennkraftmaschine, in dem mit überstöchiometrischem Luft-Kraftstoff- Verhältnis gefahren werden kann. Nach Einspeichern einer bestimmten Masse an NOx muss der Motor mit einem unterstöchiometrischen   ,-Wert   betreiben werden, um das eingespeicherte NOx wieder zu reduzieren, was den Treibstoffverbrauch erhöht.

   Speicherkatalysatoren sind ausserdem empfindlich für hohe Temperaturen und weisen bei Abgastemperaturen, welche eine spezifische Alterungstemperatur überschreiten, eine verstärkte Neigung zu einer irreversiblen Katalysatoralterung auf. Um diese Schädigung zu vermeiden, ist es bekannt, zum Schutz des Katalysators vor zu hohen Abgastemperaturen das Abgas mit einem Bypass- System am Adsorber vorbeizuleiten oder bei Überschreiten einer bestimmten Abgastemperatur auf stark unterstöchiometrischen Motorbetrieb umzuschalten. 



  Dies wirkt sich allerdings nachteilig auf die Abgasqualität und/oder den Treibstoffverbrauch aus. 



  In der AT 3.601 Ul wurde bereits vorgeschlagen, stromaufwärts des NOx- Speicherkatalysator einen Abgaskühler anzuordnen, um auf möglichst einfache Weise Treibstoffverbrauch und Abgasemissionen zu reduzieren und um einen wirksamen Schutz für den NOx-Speicherkatalysator bereitzustellen. 



  Es ist weiters bekannt, bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zwischen einem Vorkatalysator und einem NOx-Speicherkatalysator eine umgehbare Kühlstrecke vorzusehen, wobei der Durchfluss durch die Kühlstrecke über eine Abgasklappe gesteuert werden kann. Dadurch ist ein Temperaturmanagement des NOx-Speicherkatalysators möglich. 

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  Zur weiteren Verminderung des Treibstoffverbrauches und der Abgasemissionen ist eine Ausweitung des Schichtbetriebes wünschenswert. Zur Vermeidung einer unakzeptablen Erhöhung der Stickoxidemissionen bietet sich die bekannte Technologie der Abgasrückführung an. Eine interne Abgasrückführung kann durch Verstellung der Steuerzeiten bewerkstelligt werden. Nachteilig dabei ist allerdings der Kostenaufwand für die Ventilsteuerzeiten-Verstelleinrichtungen, die für Ein- und Auslassventile benötigt werden. Als kostengünstige Alternative kann die bekannte externe Abgasrückführung mit Durchflusssteuerung eingesetzt werden, bei der eine Abgasrückführleitung vom Abgasstrang in die Einlassleitung einmündet. 



  Bei aufgeladenem Magerbetrieb steigt allerdings im Ansaugsammlerbereich der Ladedruck an und würde eine Abgasrückführung behindern. Um trotzdem genügend externes Abgas rückführen zu können, ist das Aufbringen eines Gegendruckes im Abgasstrang stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung notwendig. Problematisch ist allerdings, dass bei Homogenbetrieb mit   #=1   hohe Abgastemperturen auftreten, welche über dem Einspeicherfenster des NOx-Speicherkatalysators liegen, wodurch die entstehenden Stickoxide nicht mehr eingespeichert werden können. Um möglichst viel im kraftstoffsparenden Magerbetrieb fahren zu können, ist es notwendig, durch gezielte Massnahmen die Abgastemperatur vor dem   NOx-   Speicherkatalysator entsprechend nieder zu halten. 



  Ein besonderes Problem dabei ist das Wiedereinsetzen des Magerbetriebes aus einem Betriebsbereich mit hoher Abgastemperatur. Wenn das gesamte Auspuffsystem nämlich stark erwärmt ist, dauert es relativ lange, um die Abgastemperaturen vor dem NOx-Speicherkatalysator wieder in den gewünschten Bereich zu bringen, zumal während der Sperrzeit des NOx- Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine homogen betrieben wird, und daher deutlich höhere motorseitige Temperaturen erzeugt werden. Durch oberflächliche Kühlung des Abgases über Rohre, beispielsweise durch Doppelmantelkühlung des Abgasstranges, kann dieses Problem nicht zufriedenstellend gelöst werden. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine auf möglichst einfach Weise Treibstoffverbrauch und Abgasemissionen zu reduzieren. Insbesondere soll dabei die Wiedereinsetzdauer für den Magerbetrieb aus Betriebsphasen mit hohen Abgastemperaturen verkürzt werden. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in lastfreien Betriebszuständen, bei welchen die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators über dem vordefinierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird. Als 

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 lastfreie Betriebszustände werden dabei Schubphasen definiert.

   In Schubphasen oberhalb einer Wiedereinsetzdrehzahl für die Kraftstoffzufuhr wird - wenn die gemessene oder mit einem Rechenmodell bestimmte Speicherkatalysatortemperatur höher ist als der Sollwert der Speicherkatalysatortemperatur - die Brennkraftmaschine ungedrosselt, das heisst mit zur Gänze geöffneter Drosselklappe, und ohne Einspritzung betrieben, damit eine grosse Luftmenge relativ kühl durch das Einlass- und Auslasssystem strömt und die Abkühlung vor allem der gesamten Katalysatorstrukturen beschleunigt. 



  Der Antriebsstrang ist dabei geschlossen, der Motor somit durch das Fahrzeug angetrieben. Die Wiedereinsetzdrehzahl ist eine Funktion von Gang und Motordrehzahl. Dadurch kann die Speicherkatalysatortemperatur wesentlich schneller gesenkt werden und ein früherer Umstieg auf den kraftstoffsparenden Magerbetrieb realisiert werden. Das Wiedereinsetzen nach einer solchen Schubphase erfolgt dann ebenfalls im Magerbetrieb (Schichtbetrieb), wobei nur geringfügig angedrosselt werden muss. Dadurch kann ein schnelles Ansteigen der Temperatur bedingt durch den sonst notwendigen Homogenbetrieb mit   #=1   vermieden werden.

Claims (3)

  1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, mit zumindest einem NOx-Speicherkatalysator im Abgasstrang, wobei während des Motorbetriebes die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators und der Lastzustand der Brennkraftmaschine kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt wird, und wobei ein maximaler Sollwert oder ein Sollwertkennfeld als Funktion von Einspritzmenge und/oder Motordrehzahl und/oder -last für die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators vordefiniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in lastfreien Betriebszuständen, bei welchen die Temperatur des NOx- Speicherkatalysators über dem vordefinierten Sollwert liegt, die Brennkraftmaschine ungedrosselt betrieben und die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum unterbrochen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als lastfreier Betriebszustand Schubphasen oberhalb einer vordefinierten Wiedereinsetzdrehzahl definiert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des lastfreien Betriebszustandes und/oder nach Absinken der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators auf eine vordefinierte Wiedereinsetztemperatur, welche maximal dem Sollwert entspricht, das Wiedereinsetzen des Lastbetriebes im Magerbetrieb mit einem überstöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis erfolgt.
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