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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Speicherkatalysator zur Absorbierung, Desorbierung und Reduzierung von Stickoxiden, wobei in einer Phase mageren Motorbetriebes Stickoxide im Speicherkatalysator absorbiert, in einer Phase fetten Motorbetriebes die Stickoxide wieder desorbiert und anschliessend an der Katalysatoroberfläche reduziert werden, und wobei die Motorbetriebsumschaltungen kennfeldabhängig und sensorgestützt erfolgen.
Verfahrensbedingt werden konventionelle Diesel-Brennkraftmaschinen im gesamten LastDrehzahlkennfeld mit Luftüberschuss betrieben. Der so im Abgas vorhandene Sauerstoff ermöglicht die katalytische Oxidation unverbrannter Bestandteile, verhindert aber die Reduktion der Stickoxidemission mit der von Otto-Brennkraftmaschinen bekannten Drei-Wege-Katalysatortechnik.
Dieses Problem tritt auch bei mager betriebenen Otto-Brennkraftmaschinen auf, bei denen der überstöchiometrische Motorbetrieb die vom Drei-Wege-Katalysator bekannte NOx-Emission unter Sauerstoffmangel verhindert. Um bei mager betriebenen Otto-Brennkraftmaschinen die NOx-Emissionen auf das Niveau einer stöchiometrisch betriebenen Brennkraftmaschine mit Drei-Wege-Katalysator zu senken, ist es bekannt, Speicherkatalysatoren für Stickoxide zu verwenden. Speicherkatalysatoren für NOx beinhalten Speichermaterialien (beispielsweise Oxide von Alkali-, Erdalkalimetallen oder seltenen Erden), die während des mageren Motorbetriebes Stickoxide absorbieren und in Nitraten speichern können.
Unter Sauerstoffmangel zersetzen sich die Nitrate ab einer Temperatur von ca. 200 C unter der Bildung von NOx, das an der katalytischen Oberfläche des Speicherkatalysators zu N2 reduziert wird. Die Regenerationsdauer ist dabei im Vergleich zur Speicherdauer sehr kurz ( < 1 : 10). Bei einer Otto-Brennkraftmaschine wird der nötige Sauerstoffmangel im Abgas durch fetten Motorbetrieb (0, 7 Â. < 1) erzeugt. Die Anwendung dieses Verfahrens bei Diesel-Brennkraftmaschinen ist allerdings problematisch, da bei diesen ein starker Anstieg der Partikelemissionen und eine
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Diesel-Brennkraftmaschinen bisher nur in Verbindung mit zusätzlichen Vorrichtungen zur Regeneration, wie etwa Kraftstoffeindüsung in das Abgas, eingesetzt.
Aus der DE 195 43 219 Cl ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, welches vorsieht, dass die Diesel-Brennkraftmaschine bei Erreichen eines NOx-Speicher-Schwellwertes von einem Betrieb mit einem k-Wert > l auf einen Betrieb mit einem À. - Wert < 1 umgeschaltet wird, um die Abgaszusammensetzung im Bereich des Speicherkatalysators zu verändem. Diese Veränderung der Abgaszusammensetzung erfolgt durch Motorregelungs-Massnahmen, wie Abgasrückführung, Ansaugluftdrosselung, zusätzliche Nacheinspritzung von Dieselkraftstoff und Steuerung der Regenerationstemperatur des Speicherkatalysator.
Bei Anwendung des in der DE 195 43 219 Cl beschriebenen Verfahrens kann der erwähnte ex-
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treme Anstieg der Partikelemissionen und eine Verschlechterung des Laufverhaltens bei unterstöchiometrischem Motorbetrieb allerdings nicht ausgeschlossen werden. Der DE 195 43 219 Cl sind weder Hinweise, wie diese Nachteile vermieden werden können, noch nähere Angaben zum unterstöchiometrischen Motorbetrieb zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Verminderung der Stickoxidemissionen vorzuschlagen, mit welchen Partikelemissionen und Laufverhalten nicht nachteilig beeinflusst werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im Bereich des fetten Motorbetriebes vor der Verbrennung im Brennraum ein zumindest überwiegend homogenes Kraftstoffgemisch erzeugt wird. Dadurch, dass vor dem Beginn der Verbrennung ein "quasi homogenes" Kraftstoff-Luftgemisch - ähnlich wie bei der ottomotorischen Verbrennung - vorliegt und somit eine "quasi homogene" Verbrennung im Brennraum stattfindet, kann ein Anstieg der Russund Stickoxidemissionen, wie er für einen fetten Motorbetrieb bei heterogener Dieselverbrennung zu erwarten wäre, in weiten Kennfeldbereichen vermieden werden. Zusätzlich wird die Konzentration der für die NOx-Desorption und Reduktion notwendigen Reduktanten Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Abgas deutlich erhöht.
Massgebend für das erfindungsgemässe Verfahren ist, dass vor dem Beginn der Verbrennung das im Brennraum befindliche Kraftstoff-Luftgemisch weitgehend homogenisiert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass zur Homogenisierung des Kraftstoffgemisches der Beginn der Kraftstoffeinspritzung während des fetten Motorbetriebes vorverlegt wird. Eine Homogenisierung des Gemisches ist auch durch Erhöhung des Einspritzdruckes während des fetten Motorbetriebes möglich. Zusätzlich oder anstelle dazu kann auch vorgesehen sein, dass während des fetten Motorbetriebes eine Vor-und/oder eine Nacheinspritzung des Kraftstoffes erfolgt.
Derartige, die Kraftstoffeinspritzung betreffende, Massnahmen sind insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen geeignet.
Andererseits kann ein homogener unterstöchiometrischer Betrieb auch durch Erhöhen der Abgasrückführrate während des fetten Motorbetriebes erreicht bzw. unterstützt werden, wodurch der Sauerstoffgehalt im Gemisch abgesenkt wird. Eine weitere Massnahme zur Homogenisierung des Gemisches während des fetten Motorbetriebes ist die zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr. Dies ermöglicht eine externe Gemischaufbereitung eines homogenen Gemisches vor dem Eintritt in den Brennraum.
Es ist bekannt, dass bei mager betriebenen Diesel-Brennkraftmaschinen durch Homogenisierung des Kraftstoff-Luftgemisches Stickoxidemissionen und Russemissionen vermindert werden können. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die Veröffentlichungen SAE 970313 und SAE 970315, "Exhaust Purification of Diesel-Engines by Homogeneous Charge with Compression Ignition", Teile 1 und 2, Hajime Ishii, Hisakazu Suzuki et al verwiesen. Dass dabei die auf die Russ-und Stickoxidemissionen bei überstöchiometrischem Betrieb vorteilhaft wirkenden Effekte durch Homogenisierung des Kraftstoffgemisches auch bei unterstöchiometrischem Motorbetrieb auftreten, war allerdings nicht vorhersehbar und sogar überra-
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schend, zumal im heterogenen fetten Motorbetrieb stets eine Erhöhung der Russpartikelemissionen beobachtet werden konnte.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht den unterstöchiometrischen Betrieb der DieselBrennkraftmaschine während der Regenerationsphase des Speicherkatalysators bei  gleich 0, 9 bis l ohne Anstieg der Russpartikelemissionen und ohne Beeinträchtigung des Laufverhaltens des Motors.
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The invention relates to a method for operating a diesel internal combustion engine with a storage catalytic converter for absorbing, desorbing and reducing nitrogen oxides, nitrogen oxides being absorbed in the storage catalytic converter in a lean engine operation phase, the nitrogen oxides being desorbed again in a phase with rich engine operation and subsequently being reduced on the catalyst surface , and wherein the engine operating switches are map-dependent and sensor-based.
Due to the process, conventional diesel internal combustion engines are operated with excess air in the entire load-speed map. The oxygen present in the exhaust gas enables the catalytic oxidation of unburned components, but prevents the reduction of nitrogen oxide emissions with the three-way catalytic converter technology known from Otto engines.
This problem also occurs in lean-burn gasoline internal combustion engines in which the over-stoichiometric engine operation prevents the NOx emission known from the three-way catalytic converter in the absence of oxygen. It is known to use storage catalytic converters for nitrogen oxides in order to reduce the NOx emissions in lean-burn gasoline internal combustion engines to the level of a stoichiometric internal combustion engine with a three-way catalytic converter. Storage catalysts for NOx contain storage materials (e.g. oxides of alkali, alkaline earth metals or rare earths) that can absorb nitrogen oxides during lean engine operation and store them in nitrates.
In the absence of oxygen, the nitrates decompose from a temperature of approx. 200 C with the formation of NOx, which is reduced to N2 on the catalytic surface of the storage catalytic converter. The regeneration time is very short compared to the storage time (<1:10). In an Otto engine, the necessary lack of oxygen in the exhaust gas is generated by rich engine operation (0, 7 Â. <1). However, the application of this method to diesel internal combustion engines is problematic, since there is a sharp increase in particle emissions and a
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Until now, diesel internal combustion engines have only been used in conjunction with additional devices for regeneration, such as fuel injection into the exhaust gas.
DE 195 43 219 Cl discloses a method of the type mentioned at the outset, which provides that the diesel internal combustion engine switches from operating with a k value> l to operating with an bei when a NOx storage threshold value is reached. - Value <1 is switched to change the exhaust gas composition in the area of the storage catalytic converter. This change in the exhaust gas composition takes place through engine control measures such as exhaust gas recirculation, intake air throttling, additional post-injection of diesel fuel and control of the regeneration temperature of the storage catalytic converter.
When using the method described in DE 195 43 219 Cl, the ex
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However, a sharp increase in particle emissions and a deterioration in running behavior with substoichiometric engine operation cannot be ruled out. DE 195 43 219 Cl does not provide any information on how these disadvantages can be avoided, nor does it provide more detailed information on substoichiometric engine operation.
The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to propose a method for reducing nitrogen oxide emissions by means of which particle emissions and running behavior are not adversely affected.
This is achieved according to the invention in that an at least predominantly homogeneous fuel mixture is generated in the region of the rich engine operation before the combustion in the combustion chamber. The fact that a "quasi-homogeneous" fuel-air mixture is present before the start of combustion - similar to gasoline combustion - and thus a "quasi-homogeneous" combustion takes place in the combustion chamber, can increase the soot and nitrogen oxide emissions, as it occurs for rich engine operation in the case of heterogeneous diesel combustion would be expected to be avoided in a wide range of maps. In addition, the concentration of the reductants hydrocarbons, hydrogen and carbon monoxide required for NOx desorption and reduction in the exhaust gas is significantly increased.
It is essential for the method according to the invention that the fuel-air mixture in the combustion chamber is largely homogenized before the start of combustion. It can be provided that the start of fuel injection is advanced during rich engine operation to homogenize the fuel mixture. Homogenization of the mixture is also possible by increasing the injection pressure during rich engine operation. In addition or instead of this, provision can also be made for the fuel to be pre-injected and / or post-injected during rich engine operation.
Such measures relating to fuel injection are particularly suitable for common rail injection systems.
On the other hand, homogeneous substoichiometric operation can also be achieved or supported by increasing the exhaust gas recirculation rate during rich engine operation, as a result of which the oxygen content in the mixture is reduced. Another measure for homogenizing the mixture during rich engine operation is the additional injection of fuel into the intake manifold. This enables an external mixture preparation of a homogeneous mixture before entering the combustion chamber.
It is known that in lean diesel engines, by homogenizing the fuel-air mixture, nitrogen oxide and soot emissions can be reduced. In this regard, reference is made, for example, to publications SAE 970313 and SAE 970315, "Exhaust Purification of Diesel Engines by Homogeneous Charge with Compression Ignition", Parts 1 and 2, Hajime Ishii, Hisakazu Suzuki et al. However, it was not foreseeable and even surprising that the effects of soot on nitrogen and nitrogen oxide emissions in the case of superstoichiometric operation due to homogenization of the fuel mixture also occur in substoichiometric engine operation.
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detrimental, especially since an increase in soot particle emissions could always be observed in heterogeneous rich engine operation.
The method according to the invention enables the substoichiometric operation of the diesel internal combustion engine during the regeneration phase of the storage catalytic converter at gleich equal to 0.9 to 1 without increasing the soot particle emissions and without impairing the running behavior of the engine.