DE19952830A1 - Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit Vorkatalysator und Partikelfilter - Google Patents
Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit Vorkatalysator und PartikelfilterInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Vorkatalysator und einem Partikelfilter vorgeschlagen, bei welchem die Nacheinspritzung NE in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich des Vorkatalysators T¶Kat¶ und dem Beladungszustand des Partikelfilters erfolgt. Da dieses Verfahren insbesondere im bisher kritischen Kurzstreckenbetrieb von Diesel-Brennkraftmaschinen besonders effizient arbeitet, kann hiermit ohne weiteres auch den strengen Anforderungen zukünftiger Abgasgesetzgebungen entsprochen werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung
durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine
mit Vorkatalysator und Partikelfilter.
Um Partikelemissionen eines Dieselmotors zukünftig wirksam zu reduzieren,
ist der Einsatz eines Partikelfilters unvermeidbar. Hierbei kommt es jedoch
insbesondere bei wiederholtem Kurzstreckenbetrieb aufgrund der niedrigen
Abgastemperaturen zu einer fortwährenden Beladung des Filters mit Ruß,
die im Extremfall zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs führen kann.
Aus der Druckschrift EP 0 621 400 A1 ist eine luftverdichtende Einspritz
brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt.
Dieser Einspritzbrennkraftmaschine ist zur Reduzierung von Stickoxiden ein
Reduktionsmittel zuführbar. Das Reduktionsmittel wird in der Endphase der
Verbrennung nach dem Zünd-OT durch eine Sekundäreinspritzung von
Kraftstoff bereitgestellt.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 197 35 011 A1 ein Verfahren be
kannt, bei dem zur Stickoxidverminderung eine abgastemperaturabhängige
und zeitabhängige Kraftstoffnacheinspritzung vorgesehen ist. Dazu wird zwi
schen einer ersten Nacheinspritzungsbetriebsart mit einer ersten Nachein
spritzmenge und einer zweiten Nacheinspritzungsbetriebsart mit einer ge
genüber der ersten höheren zweiten Nacheinspritzmenge umgeschaltet.
Die Sekundäreinspritzung bzw. Nacheinspritzung von Kraftstoff dient dabei
jeweils zur Erhöhung der Abgastemperatur durch eine exotherme Reaktion
und erfolgt meist innerhalb eines bestimmten Abgastemperaturbereiches,
wobei die Temperatur allein jedoch kein geeignetes Kriterium für eine
zweckmäßige Nacheinspritzung von, Kraftstoff darstellt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch
Nacheinspritzung von Kraftstoff bereitzustellen, welches insbesondere bei
häufigem Einsatz im Kurzstreckenbetrieb von Diesel-Brennkraftmaschinen
den sinnvollen Einsatz eines Partikelfilters überhaupt erst ermöglicht und
damit einen weiteren Vorstoß bei der Einhaltung zukünftiger Abgasnormen
und bei der Erlangung steuerlicher Förderungen darstellt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1. Indem die Nacheinspritzung NE sowohl in Abhängigkeit
von der Temperatur im Bereich des motornahen Vorkatalysators TKat als
auch in Abhängigkeit von dem Beladungszustand des Partikelfilters erfolgt,
kann der Ansteuerbeginn sowie die Menge der Nacheinspritzung NE für je
den Lastpunkt ideal gewählt werden, so dass ein schnelles Aufheizen des
Partikelfilters durch Exothermie am Vorkatalysator gewährleistet ist, ohne
dass es dabei zu wesentlichen Durchbrüchen von CO oder HC kommt.
Durch die bereits erfolgte Umsetzung von HC und CO am Vorkatalysator
kann an einem nachgeschalteten Hauptkatalysator in hoher Ausbeute NO zu
NO2 oxidiert werden, weiches in Folge für die Oxidation des Rußes im Parti
kelfilter benötigt wird.
Die Nacheinspritzung NE wird aktiviert, wenn die Temperatur im Bereich des
Vorkatalysators TKat eine Anspringtemperatur TLO von ca. 160 Grad Celsius
überschreitet. Denn erst oberhalb dieser Anspringtemperatur TLO - der soge
nannten Lightoff-Temperatur - beträgt die Konvertierungsrate für unver
brannte Kohlenwasserstoffe mindestens 50% und kann durch die Nachein
spritzung NE von zusätzlichem Kraftstoff eine weitere Temperaturerhöhung
stattfinden, so dass die Regeneration des Partikelfilters eingeleitet wird. Die
Messung der Temperatur im Bereich des Vorkatalysators TKat erfolgt dabei
durch ein dem Vorkatalysator nachgeschaltetes Thermoelement.
Dagegen wird die Nacheinspritzung NE deaktiviert, wenn die Temperatur im
Bereich des Vorkatalysators TKat eine obere Regenerationstemperatur TRO
von ca. 280 Grad Celsius überschreitet. Die Nacheinspritzung NE wird au
ßerdem reaktiviert, wenn die Temperatur im Bereich des Vorkatalysators TKat
eine untere Regenerationstemperatur TRU von ca. 230 Grad Celsius unter
schreitet. Damit ist ein ausreichend groß dimensionierter Regenerationstem
peraturbereich ΔTR von ca. 50 Grad bestimmt, innerhalb dessen eine Ruß
oxidation durch NO2 im Partikelfilter sichergestellt wird.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass die Nacheinspritzung NE bzw. die Regene
ration des Partikelfilters eine bestimmte Zeitdauer tLimit nicht überschreiten
darf. Diese Zeitdauer tLimit beträgt beispielsweise ca. 20 Sekunden und stellt
eine Art "Notaus" dar, falls der Vorkatalysator einmal nicht anspringen sollte.
Zur Sicherheit ist außerdem vorgesehen, dass dann wenn der Vorkatalysator
nicht anspringt eine erneute Nacheinspritzung NE erst nach Ablauf einer be
stimmten Zeitverzögerung tPause erfolgen darf. Diese Zeitverzögerung tPause
beträgt vorschlagsweise ca. 30 Sekunden und soll begünstigen, dass der
Vorkatalysator anschließend wieder anspringen kann.
Zweckmäßig wird der Beladungszustand des Partikelfilters mittels eines
Zählers Z angegeben und wird die Nacheinspritzung NE erst nach dem Er
reichen eines bestimmten Zählerstandes ZReg, der einem vorgegebenen Be
ladungszustand entspricht, zugelassen. Dadurch kann der Beladungszu
stand des Partikelfilters rechnerisch auf einfache Art und Weise angezeigt
bzw. verändert und als Kriterium für die Nacheinspritzung NE also für die
Regeneration des Partikelfilters verwendet werden.
Der Zähler Z wird erhöht, wenn innerhalb einer bestimmten Zeitspanne tStart
nach dem Kaltstart der Diesel-Brennkraftmaschine die zwischen der oberen
Regenerationstemperatur TRO und der unteren Regenerationstemperatur TRU
liegende mittlere Regenerationstemperatur TRM nicht erreicht wird. Denn
dann findet innerhalb des Partikelfilters eine Rußansammlung statt, so dass
ein erhöhter Beladungszustand vorliegt.
Zusätzlich wird der Zähler Z bei extremem Kurzstreckenbetrieb erhöht. Ein
solch extremer Kurzstreckenbetrieb kann unter Umständen sogar weitere
Maßnahmen, wie zum Beispiel eine elektrische Vorrichtung zur Beheizung
des Vorkatalysators, eine Ansaugluftdrosselung oder eine Verstellung der
Einspritzzeitpunkte in Richtung "Spät" in Verbindung mit einer erhöhten Mo
tordrehzahl, erforderlich machen. Diese Maßnahmen werden dann bevorzugt
ab dem nächsten Start der Diesel-Brennkraftmaschine eingesetzt und kön
nen den Zähler Z um einen frei wählbaren Betrag abbauen.
Darüber hinaus wird der Zähler Z schrittweise um einen bestimmten Betrag
erniedrigt, wenn für eine bestimmte Summe tSum von festgelegten Zeitinter
vallen tInt die zwischen der oberen Regenerationstemperatur TRO und der
unteren Regenerationstemperatur TRU liegende mittlere Regenerationstem
peratur TRM überschritten wird. Denn beim Vorliegen dieser Summe tSum von
festgelegten Zeitintervallen tInt erfolgt ein Rußabbrand, so dass sich der Be
ladungszustand des Partikelfilters entsprechend verringert. Erfolgt die Ab
baugeschwindigkeit des Zählers Z unter Berücksichtigung der Reaktionski
netik dabei temperaturabhängig, so arbeitet der Zähler Z unter Berücksichti
gung dieser Temperaturabhängigkeit mit einer besonders hohen Genauig
keit.
Vorteilhaft wird darüber hinaus zur Ermittlung des Beladungszustands des
Partikelfilters auch der Gegendruck in der Abgasanlage überwacht. Denn
obgleich der Gegendruck allein kein geeignetes Kriterium für einen definier
ten Beladungszustand darstellt, weil eventuell vorhandene Löcher in der
Rußschicht zu einem relativ niedrigen Gegendruck führen, der einen zu ge
ringen Beladungszustand vortäuscht, kann durch die Überwachung des Ge
gendrucks dennoch eine zusätzliche Sicherheit bei der Ermittlung des Bela
dungszustands des Partikelfilters bereitgestellt werden.
Zur Veranschaulichung der vorstehenden Ausführungen zu dem erfindungs
gemäßen Verfahren zur Abgasnachbehandlung wird auf die nachfolgende
Figur verwiesen, welche in vereinfachter Weise den Verlauf der Temperatur
im Bereich des Vorkatalysators TKat über der Zeit t darstellt.
Claims (12)
1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von
Kraftstoff bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Vorkatalysator
und einem Partikelfilter, wobei die Nacheinspritzung NE in Abhängigkeit
von der Temperatur im Bereich des Vorkatalysators TKat und dem Bela
dungszustand des Partikelfilters erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nach
einspritzung NE aktiviert wird, wenn die Temperatur im Bereich des
Vorkatalysators TKat eine Anspringtemperatur TLO von ca. 160 Grad Cel
sius überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Nacheinspritzung NE deaktiviert wird, wenn die Temperatur im Bereich
des Vorkatalysators TKat eine obere Regenerationstemperatur TRO von
ca. 280 Grad Celsius überschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nach
einspritzung NE reaktiviert wird, wenn die Temperatur im Bereich des
Vorkatalysators TKat eine untere Regenerationstemperatur TRU von ca.
230 Grad Celsius unterschreitet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Nacheinspritzung NE eine bestimmte Zeitdauer tLimit nicht
überschreiten darf.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine er
neute Nacheinspritzung NE erst nach Ablauf einer bestimmten Zeitver
zögerung tPause erfolgen darf.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass der Beladungszustand des Partikelfilters mittels eines Zählers Z
angegeben wird und die Nacheinspritzung NE erst ab dem Erreichen
eines bestimmten Zählerstands ZReg, der einem vorgegebenen Bela
dungszustand entspricht, zugelassen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler
Z erhöht wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zeitspanne tStart nach
dem Kaltstart der Diesel-Brennkraftmaschine die zwischen der oberen
Regenerationstemperatur TRO und der unteren Regenerationstempera
tur TRU liegende mittlere Regenerationstemperatur TRM nicht erreicht
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zähler Z bei extremem Kurzstreckenbetrieb zusätzlich erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Zähler Z schrittweise erniedrigt wird, wenn für eine bestimmte
Summe tSum von festgelegten Zeitintervallen tInt die zwischen der oberen
Regenerationstemperatur TRO und der unteren Regenerationstempera
tur TRU liegende mittlere Regenerationstemperatur TRM überschritten
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler
Z temperaturabhängig erniedrigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich
net, dass zur Ermittlung des Beladungszustands des Partikelfilters der
Gegendruck in der Abgasanlage überwacht wird.
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