(57) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur NO
x-Reduzierung an gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, welche im Magerbetrieb,
also mit λ > 1 gefahren werden. Besonders Gasmotoren werden zur NOx-Reduzierung mit
hohem Luftüberschuß gefahren. Erfindungsgemäß wird dieser Luftüberschuß im instationären
Betrieb so geregelt, daß man mit dem λ- Wert bis an die Aussetzergrenze geht. Da diese
Aussetzergrenze eine Funktion der Massenmitteltemperatur ist, wird diese für die Regelung
des λ- Wertes verwendet. Bei hoher Massenmitteltemperatur wird λ erhöht und bei niedriger
Massenmitteltemperatur wird λ gesenkt, so daß man sich mit λ immer an der höchst zulässigen
Grenze bewegt. Die Massenmitteltemperatur kann erfindungsgemäß über die Abgastemperatur
oder rechnerisch aus dem Zylinderdruckverlauf bestimmt werden. Durch die hohen λ-
Werte wird der NO
x-Gehalt der Abgase spürbar erniedrigt.
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1.
[0002] Zur Reduzierung der NO
x-Werte bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen ist es bekannt, mit einem Brennstoff-Luftgemisch
mit λ > 1 im Magerbetrieb zu fahren. Aufgrund der im stationären Betrieb hohen Massenmitteltemperaturen
im Brennraum einer Brennkraftmaschine müssen im Hinblick auf eine niedrige NO
x-Emission hohe Lambda-Werte eingestellt werden.
[0003] Schwierigkeiten ergeben sich beim instationären Betrieb. z.B. Beschleunigungsvorgänge
aus einer niedrigen Motordrehzahl, wenn die Massenimtteltemperatur im Brennraum gegenüber
dem stationären Betrieb geringer ist und dadurch sich die Aussetzergrenze nach niedrigeren
Lambda-Werten verschiebt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den λ-Wert der Brennkraftmaschine derart
zu steuern, daß zur NO
x-Reduzierung bis an die Aussetzergrenze hergegangen werden kann.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
[0006] Dadurch, daß die Steuerung der λ-Werte durch die Massemitteltemperatur erfolgt, kann
man in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Gemisch soweit abmagern bzw.
anfetten, , daß man an die Aussetzergrenze herankommt, diese aber nicht überschreitet.
Die NO
x-Reduzierung wird somit bis an die physikalisch mögliche Grenze herangeführt.
[0007] Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur kann Anspruch
2 entnommen werden. Die Abgastemperatur ist eine Funktion der Massenmitteltemperatur,
so daß diese als Ersatzgröße herangezogen werden kann. Die Abgastemperatur ist leicht
mit einem Temperatursensor erfaßbar und kann im Motorsteuergerät zur Steuerung des
λ-Wertes verwendet werden.
[0008] Eine weitere vorteilhafte Methode zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur kann
Anspruch 3 entnommen werden. Aus relevanten Motorparametern wird die Abgastemperatur
in Abhängigkeit der Massenmitteltemperatur als Ersatzgröße ermittelt und diese als
Steuerungssignal für den λ-Wert herangezogen.
[0009] Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung der Massenmitteltemperatur geht aus Anspruch
4 hervor. Mit einer Druckmeßsonde kann der Zylinderdruckverlauf gemessen werden und
daraus die Massenmitteltemperatur errechnet und für die Steuerung von Lambda verwendet
werden.
[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine
im Magerbetrieb mit λ stets größer als 1 besteht darin, daß man erkannt hat, daß die
kritische Grenze für λ im dynamischen Betrieb keine feste Grenze ist, sondern eine
gleitende Grenze, die von der Massenmitteltemperatur im Brennraum abhängt.
[0011] Das Problem besteht nun darin, daß die Temperatursensoren nach dem derzeitigen Stand
der Technik zu träge sind, um diese Massenmitteltemperatur unmittelbar zur gleitenden
Steuerung des nach physikalischen Gesetzen maximal möglichen Wertes von λ heranzuziehen.
Nach dem Stand der Technik ist man genötigt im dynamischen Fahrbetrieb λ zu senken,
um Zündaussetzer zu vermeiden. Durch die Senkung von λ nimmt man allerdings steigende
NO
x Konzentrationen im Abgas in Kauf.
[0012] Hier setzt nun das erfindungsgemäße Verfahren ein, das darin besteht, daß man λ als
eine Funktion der Massenmitteltemperatur des verdichteten Brennstoff-Luftgemisches
im Brennraum behandelt. Da diese Massenmitteltemperatur nicht direkt zu ermitteln
ist, wird erfindungsgemäß so verfahren, daß man diese Größe aus meßbaren Parametern
ermittelt, beispielsweise, daß man die Abgastemperatur mit einem Temperatursensor
ermittelt und mit einem Motorsteuergerät die Massenmitteltemperatur als eine Funktion
der Abgastemperatur errechnet und das Rechenergebnis der Steuerung des maximal möglichen
λ-Wertes zugrunde liegt oder die Abgastemperatur als Ersatzgröße für die Massenmitteltemperatur
zur λ- Anpassung verwendet.
[0013] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man die Abgastemperatur nicht direkt
bestimmt, sondern diese aus Last, Drehzahl Kühlmitteltemperatur und Umgebungstemperatur
im Motorsteuergerät errechnet und als Funktion dieses Rechenergebnisses wiederum auf
die Massenmitteltemperatur im Brennraum schließt und damit den λ-Wert regelt.
[0014] Eine weitere Möglichkeit der gleitenden Steuerung des Lambda-Wertes ergibt sich durch
die Messung des Zylinderdruckverlaufes mittels eines Drucksensors. Mit Hilfe der Brennverlaufsanalyse
kann die Massenmitteltemperatur errechnet werden und damit der Lambda-Wert angepaßt
werden.
[0015] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auch im dynamischen Fahrbetrieb mit
λ bis an die Aussetzergrenze gehen, ohne diese jedoch zu überschreiten. Durch die
maximale Ausschöpfung des theoretisch möglichen Spektrums für den Wert λ ist eine
Minimierung der Schadstoffanteile, insbesondere von NOx gewährleistet.
1. Verfahren zur NOx-Reduzierung an gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen, bei dem die Brennkraftmaschine
stets mit einem Luftverhältnis von λ > 1 im Magerbetrieb gefahren wird und der λ-Wert
des BrennstoffLuftgemisches von einem Motorsteuergerät geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der λ-Wert in Abhängigkeit von einer Massenmitteltemperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine
gleitend geregelt wird, derart, daß bei kleiner Massenmittletemperatur λ erniedrigt,
bzw. bei großer Massenmitteltemperatur λ erhöht wird, so daß die Brennkraftmaschine
in jedem Betriebszustand in der Nähe der Aussetzergrenze betrieben werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur mittels
eines Temperatursensors ermittelt wird, und daß die Abgastemperatur als eine Funktion
der Massenmitteltemperatur mittels des Motorsteuergerätes zur Steuerung des λ-Wertes
benutzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur
zunächst aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie z.B. Last, Drehzahl, Kühlmitteltemperatur,
Umgebungstemperatur im Motorsteuergerät errechnet wird und daß diese Werte als Funktion
der Massenmitteltemperatur zur Steuerung des λ-Wertes verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem gemessenen Zylinderdruckverlauf
auf rechnerischem Weg die Massenmitteltemperatur zur Steuerung des λ-Wertes ermittelt
wird.