WO2006048120A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit einem scr-katalysator - Google Patents

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WO2006048120A1 PCT/EP2005/011243 EP2005011243W WO2006048120A1 WO 2006048120 A1 WO2006048120 A1 WO 2006048120A1 EP 2005011243 W EP2005011243 W EP 2005011243W WO 2006048120 A1 WO2006048120 A1 WO 2006048120A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeug-­Hubkolbenmotors, mit mehreren Brennräumen (3), in denen jeweils nach einem Mehrtaktverfahren ein Kraftstoff/Luft-­Gemisch unter Energiefreisetzung verbrannt wird, wobei in den Brennräumen (3) erzeugtes Abgas einer Abgasreinigungsanlage zugeführt wird, wobei die Abgasreinigungsanlage einen Reduktionskatalysator, insbesondere einen SCR-Katalysator umfasst, in dem insbesondere Stickoxide mittels eines Reduktionsmittels chemisch umgesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine in einem ersten Arbeitsspiel eines Brennraums eine Kraftstoffzufuhr ausgesetzt. In diesem ersten Arbeitsspiel wird dann ein Reduktionsmittel in den Brennraum (3) zugeführt und nachfolgend in den SCR-Katalysator transportiert. Hierzu ist ein Injektor (11) für das Reduktionsmittel vorgesehen, über den Reduktionsmittel in den Brennraum (3), den Einlasskanal (7) oder den Auslasskanal (8) eingespritzt wird. Anwendung beispielsweise für Dieselmotoren oder mager betriebene Ottomotoren.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem SCR-Katalysator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeug- Hubkolbenmotors, mit mehreren Brennräumen, in denen jeweils nach einem Mehrtaktverfahren ein Kraftstoff/Luft-Gemisch unter Energiefreisetzung verbrannt wird, wobei in den Brennräumen erzeugtes Abgas einer Abgasreinigungsanlage zugeführt wird, wobei die Abgasreinigungsanlage einen Katalysator, insbesondere einen Reduktionskatalysator, weiter insbesondere einen SCR-Katalysator umfasst, in dem Schadstoffe gemindert werden durch physikalische und/oder chemische Reaktionen, in dem insbesondere Stickoxide mittels eines Reduktionsmittels chemisch umgesetzt werden. Die vor¬ liegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Aus der EP 0 708 809 Bl ist ein Verfahren zum Betrieb eines Dieselmotors bekannt, bei dem zur Abgasreinigung dem Diesel- Kraftstoff Partikel eines Metalls der Platingruppe zugesetzt werden und in der Nähe des Endes des Arbeitshubes (dritter Takt) eines Arbeitsspiels eine wässrige Reduktionsmittel- Lösung in die Verbrennungsabgase eingespritzt wird. Anschließend sollen die so behandelten Verbrennungsabgase in einem Reduktionskatalysator zum Abbau von Stickoxiden reduziert werden. Als Reduktionsmittel sind NH-haltige Zusammensetzungen wie Harnstoff, Cyanursäure, Ammoniumcarbonat etc. gewählt, die im Reduktionskatalysator Ammoniak bilden oder freisetzen.
Aus der DE 41 26 705 C2 ist ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxidemissionen von selbstzündenden Verbrennungsmotoren bekannt. Dabei wird während des Betriebs des Motors ein Reduktionsmittel in Form von Ammoniak oder Harnstoff in einer Lösung direkt und unabhängig von der Kraftstoffzufuhr in einen Brennraum des Motors eingespritzt wird. Dies geschieht bevorzugt nach einer Zündung bei einem Kurbelwinkel von 35° nach dem oberen Totpunkt, wobei die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels an die aktuelle Motorleistung angepasst wird.
Aus den US-Patenten Nr. 5,404,841 und 5,535,708 ist jeweils ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxidemissionen einer Diesel-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem aus einer Harnstofflösung und einem Diesel-Kraftstoff eine Emulsion hergestellt wird. Der Emulsion wird optional ferner eine Anzahl von katalytisch wirkenden Metallpartikeln aus einem Metall der Platin-Gruppe, Kupfer, Eisen oder Mangan, etc. beigemischt . Hierzu sind dem Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine neben einem Kraftstofftank ein Mixer zum Mischen von Wasser und Harnstofflösung sowie ein Emulsionierer zugeordnet. Die erzeugte Emulsion wird während eines normalen Arbeitsprozesses der Brennkraftmaschine zugegeben und mitverbrannt, wobei eine reduzierte Flammentemperatur und eine chemische Reaktion von Harnstoff, Wasser und Stickoxiden zu elementarem Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid erwartet wird. In der JP-A-03-213614 ist eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung offenbart, bei der mittels eines Injektors ein Reduktionsmittel in Form von Harnstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Abgestimmt mit der Einspritzung von Kraftstoff für den normalen Betrieb wird bei einer Abgastemperatur von über 8500C Harnstoff in den Brennraum oder in den Auslasskrümmer gebracht .
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei denen auf kostengünstige Weise eine besonders wirksame Aufbereitung von Reduktionsmittel zur Verwendung des aufbereiteten Reduktionsmittels im Abgasstrang der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Kennzeichnend für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine in einem ersten Arbeitsspiel eines Brennraums eine Kraftstoffzufuhr ausgesetzt wird und in diesem ersten Arbeitsspiel ein Reduktionsmittel in den Brennraum zugeführt und nachfolgend in den Katalysator transportiert wird. Ein Arbeitsspiel umfasst in bekannter Weise zwei oder vier Arbeitstakte, in denen das Arbeitselement (Kolben o. ä.) sich durch den Brennraum bewegt, Verbrennungsluft ansaugt (Ansaugtakt) , verdichtet (Kompressionstakt) , Expansionsarbeit auf eine (Kurbel-)Welle überträgt (Arbeitstakt) und ggf. Verbrennungsabgase ausschiebt (Ausschiebetakt) . Bei normalem Betrieb der Brennkraftmaschine wird in wenigstens einen Takt Kraftstoff eingespritzt, der im Arbeitstakt verbrannt wird. In Sonderbetriebsarten wie beispielsweise dem Schiebebetrieb wird häufig eine Kraftstoffzufuhr für längere Zeit, d.h. für mehrere Arbeitsspiele in allen Brennräumen der Brennkraftmaschine unterbrochen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in einem Arbeitsspiel, in dem die Kraftstoffzufuhr zu einem Brennraum unterbrochen ist, ein insbesondere stickstoffhaltiges Reduktionsmittel in den betreffenden Brennraum einzubringen. Das eingebrachte Reduktionsmittel soll nicht verbrannt, sondern hauptsächlich physikalisch und/oder chemisch aufbereitet, mit Luft und/oder Abgas vermischt und homogenisiert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Reduktionsmittel einer thermischen Zersetzung zur Freisetzung von Ammoniak-Verbindungen bzw. reinem Ammoniak unterworfen wird. Hierzu wird es zusammen mit Luft oder Abgas durch einen oder mehrere Takte des Arbeitsspiels und anschließend in den Abgasstrang befördert. Zudem wird durch eine Aussetzung der Verbrennung bei gleichzeitiger Zufuhr von nicht brennendem Reduktionsmittel und Luft eine Wärmeabfuhr aus dem Brennraum realisiert, der somit für ein nachfolgendes Arbeitsspiel gekühlt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Reduktionsmittel in Form einer Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen. Insbesondere eine solche Lösung bedarf der erfindungsgemäßen Aufbereitungsstrategie, da sie im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine schwierig zu handhaben ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Harnstoff/Wasser- Lösung besonders gut konditioniert und mit einem Trägergas vermischt. Sie steht anschließend in vorteilhaftem Zustand zur Einlagerung in einen motornahen SCR-Katalysator bereit . In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Reduktionsmittel direkt in den Brennraum, in einen Auslasskanal oder in einen Einlasskanal des Brennraums eingespritzt. Dies kann mittels eines direkt am Brennraum, am Einlass- oder am Auslasskanal des Brennraums angeordneten Injektors bewerkstelligt werden. Insbesondere kann auch ein Kraftstoffinjektor eines direkteinspritzenden Motors verwendet werden, der auf einen „bivalenten" Betrieb zum abwechselnden Einspritzen von Kraftstoff und Reduktionsmittel eingestellt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste Arbeitsspiel vier Takte, und ein Reduktionsmittel wird in einem ersten und/oder in einem dritten Takt in den Brennraum gebracht. Im ersten oder im dritten Takt eines Arbeitsspiels erfolgt im Allgemeinen eine Expansions- bzw. Arbeitsbewegung des Arbeitselements, und es kann Gas wahlweise aus dem Einlasskanal oder aus dem Auslasskanal in den Brennraum gesaugt werden, wenn ein Einlass- oder Auslassventil geöffnet ist. Zugleich kann ein hierbei frühzeitig in den Takt eingespritztes Reduktionsmittel während des gesamten Takts verwirbelt und in Kontakt mit der Brennraumoberfläche gebracht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Arbeitsspiel nach einem oder mehreren in demselben Brennraum vorangegangenen Arbeitsspielen mit normaler Kraftstoffeinspritzung gewählt. Es wird hierbei eine Aus¬ setzung der Kraftstoffeinspritzung an einem oder mehreren Brennräumen der Brennkraftmaschine gewählt, die im normalen Arbeitsbetrieb insbesondere auch bei mittlerer oder höherer Last der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine punktuell eingesetzt werden kann. Positiver Effekt ist, dass die Brennraumtemperatur wirksam abgesenkt wird. Beim Kaltstartbetrieb kann ein derartiges Vorgehen ebenfalls sinnvoll sein, da eine Zudosierung des Reduktionsmittels in den Brennraum im Allgemeinen voraussetzt, dass ein motornaher edelmetallhaltiger Oxidationskatalysator noch nicht seine Anspringtemperatur für eine Umsetzung des Reduktionsmittels erreicht hat. Folglich kann im Kaltstartbetrieb mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Einlagerung von Reduktionsmittel in einen SCR-Katalysator realisiert werden, auch wenn ein Oxidationskatalysator zwischen Brennkraftmaschine und SCR-Katalysator geschaltet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Arbeitsspiel nach einem oder mehreren in demselben Brennraum vorangegangenen Arbeitsspielen ohne Kraftstoffeinspritzung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine gewählt. Eine besonders gute Konditionierung ergibt sich beispielsweise im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine, wenn sowohl der Brennraum als auch der Abgasstrang eine jeweils mittlere Temperatur aufweisen, die ein homogenisiertes Schleusen von Harnstoff/Wasser-Lösung und/oder ammoniakhaltiger Zersetzungsprodukte bis in einen SCR-Katalysator ermöglicht.
Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung und der Zeichnung. Darin zeigt die einzige Figur schematisch einen Brennraum einer als Hubkolbenmotor ausgeführten Brennkraftmaschine, an dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine als mehrzylindriger Hubkolben-Verbrennungsmotor ausgestaltete Brennkraftmaschine (z.B. Personenkraftwagen-Ottomotor) , der wenigstens in einigen Betriebszuständen mit einem in Summe mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird (Luft/Kraft¬ stoffVerhältnis λ >1 bezogen auf ein Arbeitsspiel) . Die Brennkraftmaschine umfasst einen Motorblock, in dem zylindrische Bohrungen 1 zur Führung jeweils eines beweglichen Kolbens 2 vorgesehen sind, wobei die Bohrungen zur Bildung von Brennräumen 3 nach oben mit einem an sich bekannten Zylinderkopf 4 abgeschlossen sind (vgl. Figur) . Die Kolben 2 übertragen über zugehörige Pleuel 2a Kräfte auf eine am Motorblock gelagerte Kurbelwelle, an der das Motorabtriebsmoment abzunehmen ist.
Die Brennkraftmaschine umfasst ferner ein Kraftstoff- einspritzsystem mit je einem in dem Zylinderkopf 4 gelagerten Kraftstoffinjektor 5 pro Brennraum. Entsprechend lässt sich der Kraftstoff mittels des Kraftstoffinjektors 5 direkt in den Brennraum 3 einspritzen. Die beispielhaft gewählte Ausführungsform bezieht sich dabei auf eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung (Otto-DE-Motor) , mit der alle Arten von Homogen- und/oder Schichtladebetrieb durchführbar sind, und weist daher eine Zündkerze 6 auf. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine vorgesehen, die nach dem Dieselprozess arbeitet. Als Kraftstoffinjektor kommen sowohl Pumpe-Düse-Systeme als auch Common-Rail-Systeme in Frage.
Im Zylinderkopf 4 sind für den Ladungswechsel eines jeden Brennraums 3 je ein Einlasskanal 7 sowie ein Auslasskanal 8 vorgesehen, die über ein Einlassventil 9 bzw. ein Auslassventil 10 gegen den Brennraum 3 abschließbar sind.
Die Brennkraftmaschine umfasst weiter eine
Abgasreinigungsanlage, bei der in nicht näher dargestellter Weise ein an sich bekannter optionaler Oxidationskatalysator sowie ein an sich bekannter SCR-Katalysator nacheinander in einer Abgasleitung angeordnet sind. Unter einem SCR- Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction) ist hier wie üblich ein Katalysator zu verstehen, der in der Lage ist, NH3 (Ammoniak) zu speichern und unter oxidierenden Abgas- bedingungen zugeführte Stickoxide mit eingespeichertem oder mit zugeführtem NH3 überwiegend zu unschädlichem N2 (Stickstoff) zu reduzieren. Optional lässt sich der SCR- Katalysator mit einem vorgeschalteten Stickoxid- Speicherkatalysator kombinieren. Stickoxid- Speicherkatalysator und SCR-Katalysator dienen somit hauptsächlich der Stickoxidentfernung bei magerem Betrieb der zugehörigen Brennkraftmaschine. Die Katalysatoren sind vorzugsweise als Wabenkörper ausgeführt.
Bei überwiegend mager betriebener Brennkraftmaschine lässt sich nicht genügend als Reduktionsmittel dienendes NH3 verbrauchsgünstig „onboard" erzeugen, sodass eine Zudosierung von extern bereitgestelltem Reduktionsmittel erforderlich ist. Üblicherweise liegt ein Reduktionsmittel, insbesondere im Fahrzeug mitführbarer Harnstoff, in Form einer wässrigen Lösung vor, die vor dem Einbringen ins Abgassystem konditioniert bzw. aufbereitet werden muss. Vor allem hinsichtlich der Temperatur und der Vermischung mit einem Trägergas (Luft, Abgas, etc.) sind bestimmte Randbedingungen einzuhalten, um Ablagerungen und schlechtes Reaktionsver¬ halten zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist daher im Rahmen eines Verfahrens zum Betrieb einer Brennkraftmaschine vorgesehen, ein Reduktionsmittel, insbesondere eine übliche Harnstoff/Wasser- Lösung oder dergleichen, durch einen Brennraum 3 der Brennkraftmaschine zu schleusen. Dabei kann diese Funktion auf einen einzelnen Brennraum der Brennkraftmaschine oder auf mehrere bzw. alle Brennräume erstreckt werden. Hierzu ist wenigstens einem Brennraum ein Injektor 11 zur Zufuhr des Reduktionsmittels zugeordnet. Nachdem das Reduktionsmittel den Brennraum 3 verlassen hat, wird es zur Abgas¬ reinigungsanlage und insbesondere zu einem darin enthaltenen SCR-Katalysator mit Ammoniak-Speicherfunktion transportiert.
Eine Zufuhr von Reduktionsmittel in einen Brennraum findet bevorzugt während eines ersten Arbeitsspiels statt, in dem eine Kraftstoffzufuhr zu dem betreffenden Brennraum 3 unterbrochen wird. Es ergibt sich eine gute Aufbereitung des Reduktionsmittels im warmen Brennraum 3, der seinerseits kurzzeitig, nämlich während des ersten Arbeitsspiels (ohne Verbrennungsprozess bei gleichzeitiger Zufuhr von kühlem Reduktionsmittel) durch Wärmeabgabe an Reduktionsmittel und Ansaugluft gekühlt wird. Durch die erfindungsgemäße Erhitzung des Reduktionsmittels über die Bauteilwärme eines (betriebswarmen) Brennraums kann das Reduktionsmittel auch bei Temperaturen im Abgasstrang von unter 1800C zudosiert und im SCR-Katalysator eingelagert werden. Gerade in diesem Fall kann ggf. ein motornaher Oxidationskatalysator (ohne einen allfälligen Bypass) von Reduktionsmittel unverändert passiert werden, weil der Oxidationskatalysator noch nicht seine Anspringtemperatur zur Oxidation von Ammoniak erreicht haben sollte. Optional sind natürlich Bypass-Rohrleitungen für bestimmte, dem SCR-Katalysator vorgeschaltete Abgas¬ reinigungselemente vorsehbar, die bei einer Zugabe von Reduktionsmittel in einen Brennraum aktivierbar sind.
In einem dem ersten Arbeitsspiel (unmittelbar) nachfolgenden zweiten Arbeitsspiel kann erneut ein Verbrennungsprozess in dem Brennraum 3 durchgeführt werden. Alternativ wird erneut die Zufuhr von Kraftstoff unterbunden, wobei wahlweise eine Zufuhr von Reduktionsmittel und/oder Frischluft und/oder Abgas durchgeführt wird. In einem dem ersten Arbeitsspiel (unmittelbar) vorangehenden dritten Arbeitsspiel wird ein Verbrennungsprozess durchgeführt, wenn eine besonders gute Erwärmung des Reduktionsmittels erzielt werden soll. In einem dem ersten Arbeitsspiel vorangehenden dritten Arbeitsspiel wird insbesondere bei betriebswarmer Brennkraftmaschine eine Zufuhr von Kraftstoff unterbrochen, wenn eine Abkühlung des Brennraums und/oder eines Abgasreinigungssystems vor einer Reduktionsmittel-Zugabe erzielt werden soll.
Erfindungsgemäß wird das Reduktionsmittel in dem Brennraum besonders gut verwirbelt und mit Luft und/oder Abgas vermischt, wenn es in einem ersten Arbeitstakt (Ansaugtakt) des betreffenden Arbeitsspiels eingespritzt und in einem vierten Arbeitstakt (Ausschiebetakt) aus dem Brennraum entlassen wird. Ferner werden Einlassventil 9 und Auslassventil 10 in üblicher Weise (entsprechend einem normalen Arbeitsspiel mit Verbrennungsprozess) betätigt. Eine Abgasrückführung kann während des ersten Arbeitsspiels ein- oder ausgeschaltet sein. Eine Zufuhr von Reduktionsmittel wird entsprechend der Darstellung in der Figur mittels eines zusätzlichen Injektors 11 bewerkstelligt, wobei der Injektor 11 direkt in den Brennraum einspritzt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Injektor 11 brennraumnah im Einlasskanal 7 angeordnet. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoffinjektor 5 für einen bivalenten Betrieb ausgelegt, sodass er eine Einspritzung von Reduktionsmittel mit übernehmen kann.
Eine Zufuhr von Reduktionsmittel in den Brennraum 3 findet weiterhin bevorzugt in einem dritten Arbeitstakt (Arbeits- bzw. Expansionstakt) des betreffenden ersten Arbeitsspiels statt, wobei es wiederum in einem vierten Arbeitstakt (Ausschiebetakt) aus dem Brennraum entlassen wird. Auch hier werden Einlassventil 9 und Auslassventil 10 in üblicher Weise (entsprechend einem normalen Arbeitsspiel mit Verbrennungsprozess) betätigt, wenn eine Zufuhr von Reduktionsmittel entsprechend der Darstellung in der Figur mittels eines Injektors bewerkstelligt werden kann, der direkt in den Brennraum einspritzt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Injektor im Einlasskanal oder im Auslasskanal angeordnet, wobei im dritten Arbeitstakt des ersten Arbeitsspiels dann Einlassventil und/oder Auslassventil „außer der Reihe" geöffnet werden. Eine Anordnung des Injektors 11 im Einlasskanal und eine entsprechende Zudosierung im Einlasskanal haben bauliche Vorteile und bewirken eine gute Homogenisierung sowie eine deutliche Absenkung der Brennraumtemperatur. Letzteres zielt auf eine bessere Brennraumfüllung und insgesamt niedrigere Verbrennungstemperaturen in einem nachfolgenden zweiten Arbeitsspiel in dem betroffenen Brennraum.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Homogenisierung und Aufbereitung von Reduktionsmitteln für SCR-Katalysatoren und dergleichen, wobei eine gesonderte Einheit zur Bereitstellung eines als Trägergas dienenden Spülluftstroms entbehrlich wird. Ferner wird eine vorteilhafte Abkühlung eines entsprechenden Brennraums der Brennkraftmaschine erreicht, die eine bessere Füllung des Brennraums und geringere Rohemissionen anschließend an die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Die Merkmale der lediglich beispielhaft beschriebenen Aus¬ führungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich nahezu beliebig miteinander kombinieren, sodass sich weitere vorteilhafte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Hubkolbenmotors, mit mehreren Brennräumen, in denen jeweils nach einem Mehrtaktverfahren ein Kraftstoff/Luft-Gemisch unter Energiefreisetzung verbrannt wird, wobei in den Brennräumen erzeugtes Abgas einer Abgasreinigungsanlage zugeführt wird, wobei die Abgasreinigungsanlage einen Katalysator, insbesondere einen Reduktionskatalysator, weiter insbesondere einen SCR-Katalysator umfasst, in dem Schadstoffe gemindert werden durch physikalische und/oder chemische Reaktionen, in dem insbesondere Stickoxide mittels eines Reduktionsmittels chemisch umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine in einem ersten Arbeitsspiel eines Brennraums (3) eine Kraftstoff- zufuhr ausgesetzt wird, und in diesem ersten Arbeitsspiel ein Reduktionsmittel in den Brennraum zugeführt und nachfolgend in den Katalysator transportiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktionsmittel in Form einer Harnstoff/Wasser- Lösung vorgesehen ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktionsmittel direkt in den Brennraum (3) , in einen Auslasskanal (8) oder in einen Einlasskanal (7) des Brennraums eingespritzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsspiel vier Takte umfasst und das Reduktionsmittel in einem ersten und/oder einem dritten Takt in den Brennraum (3) gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsspiel nach einem oder mehreren in demselben Brennraum (3) vorangegangenen Arbeitsspielen mit normaler Kraftstoffeinspritzung gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsspiel nach einem oder mehreren in demselben Brennraum vorangegangenen Arbeitsspielen ohne Kraftstoffeinspritzung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine gewählt wird.
7. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Einlasskanal (7) eines Brennraumes (3) der Brennkraftmaschine ein Injektor zur Zufuhr von Reduktionsmittel, insbesondere einer Harnstoff/Wasser- Lösung, angeordnet ist.
PCT/EP2005/011243 2004-11-03 2005-10-19 Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit einem scr-katalysator Ceased WO2006048120A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019203660A1 (de) * 2019-03-19 2020-04-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, entsprechende Antriebseinrichtung sowie Verwendung einer wässrigen Harnstofflösung zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01318716A (ja) * 1988-06-17 1989-12-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の排気脱硝方法
DE4126705A1 (de) * 1991-08-13 1993-02-18 Man B & W Diesel Ag Verfahren und vorrichtung zur verminderung des stickoxidausstosses von verbrennungsmotoren
EP1281852A2 (de) * 2001-08-03 2003-02-05 C.R.F. Società Consortile per Azioni Methode zur Einleitung der Regeneration für einen Partikelfilter in einem mit Direkteinspritzung versehenen Dieselmotor mit einem Common-Rail Einspritzungsystem
FR2862101A1 (fr) * 2003-11-07 2005-05-13 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme d'aide a la regeneration de moyens de depollution integres dans une ligne d'echappement d'un moteur diesel de vehicule

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2330258A1 (de) * 1973-06-14 1975-01-09 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01318716A (ja) * 1988-06-17 1989-12-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の排気脱硝方法
DE4126705A1 (de) * 1991-08-13 1993-02-18 Man B & W Diesel Ag Verfahren und vorrichtung zur verminderung des stickoxidausstosses von verbrennungsmotoren
EP1281852A2 (de) * 2001-08-03 2003-02-05 C.R.F. Società Consortile per Azioni Methode zur Einleitung der Regeneration für einen Partikelfilter in einem mit Direkteinspritzung versehenen Dieselmotor mit einem Common-Rail Einspritzungsystem
FR2862101A1 (fr) * 2003-11-07 2005-05-13 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme d'aide a la regeneration de moyens de depollution integres dans une ligne d'echappement d'un moteur diesel de vehicule
WO2005049995A1 (fr) * 2003-11-07 2005-06-02 Peugeot Citroen Automobiles S.A. Systeme d'aide a la regeneration de moyens de depollution integres dans une ligne d'echappement d'un moteur diesel de vehicule

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 121 (M - 0946) 7 March 1990 (1990-03-07) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019203660A1 (de) * 2019-03-19 2020-04-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, entsprechende Antriebseinrichtung sowie Verwendung einer wässrigen Harnstofflösung zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

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