DE10346220A1 - Fuel injection combustion engine with exhaust gas treatment has a pressure accumulator for use with a reducing agent storage and injection system for spraying the agent into the exhaust gas - Google Patents

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Abstract

Fuel injected combustion engine (10) has an exhaust gas treatment system (38) for the addition of a reducing agent, e.g. urea, to the exhaust gas. The treatment system has a pressure accumulator (50) for supplying compressed air to the reducing agent delivery arrangement (49), for maintaining the agent reservoir under pressure and which is directly coupled to the agent injection device (42). The invention also relates to a method for operating an inventive combustion engine, a computer program for use with the method, electronic storage for the computer program and a control unit in which the program runs and the method is implemented.

Description

Stand der Technik State of technology

Die Erfindung betrifft zunächst eine Brennkraftmaschine, insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Abgasnachbehandlungssystem zur Verminderung von Schadstoffen im Abgas, welches umfasst: einen Vorratsbehälter mit einer flüssigen Wirksubstanz, eine Fördereinrichtung zum Fördern der Wirksubstanz, und eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen der Wirksubstanz in das Abgas.The Invention relates first an internal combustion engine, in particular with direct fuel injection, with an exhaust aftertreatment system to reduce pollutants in the exhaust, comprising: a reservoir with a liquid active substance, a conveyor to promote the active substance, and an injector for injecting the active substance in the exhaust gas.

Besonders im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben ist eine Verminderung der Stickoxidemissionen von Kraftfahrzeugen erforderlich. Zur Verringerung der Stickoxidemissionen von Brennkraftmaschinen, beispielsweise solchen mit Benzin- oder Diesel-Direkteinspritzung, kann beispielsweise die so genannte Sele ktive Katalytische Reduktion (SCR) eingesetzt werden. Bei diesem wird in einen Abgasstrang eine definierte Menge eines Reduktionsmittels, beispielsweise Harnstoff, eingebracht. Da Harnstoff bei normalen Umgebungsbedingungen fest ist, liegt er in einer Harnstoff-Wasser-Lösung vor, die in das Abgas eingespritzt wird. Der Harnstoff reagiert in einer ersten Reaktionsstufe mit Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid. In einer zweiten Reaktionsstufe reduziert das Ammoniak die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird.Especially in connection with future legal Specifications is a reduction of the nitrogen oxide emissions of motor vehicles required. To reduce the nitrogen oxide emissions of internal combustion engines, for example, those with gasoline or diesel direct injection, For example, the so-called selective catalytic reduction (SCR) are used. This is in an exhaust line a defined amount of a reducing agent, for example urea, brought in. Because urea solidifies in normal environmental conditions is, it is present in a urea-water solution, which is in the exhaust is injected. The urea reacts in a first reaction stage with water to ammonia and carbon dioxide. In a second reaction stage the ammonia reduces the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen, wherein water is generated as a by-product.

Aus der DE 101 39 142 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine Pumpe eine Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Vorratsbehälter zu einer Mischkammer fördert, in der mittels Druckluft ein Aerosol erzeugt wird, welches schließlich in das Abgas der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.From the DE 101 39 142 A1 an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine is known, in which a pump promotes a urea-water solution from a reservoir to a mixing chamber in which by means of compressed air, an aerosol is generated, which is finally injected into the exhaust gas of the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlung zu verbessern.task The present invention is the efficiency of exhaust aftertreatment to improve.

Diese Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Abgasnachbehandlungssystem einen Druckspeicher umfasst, in den die Fördereinrichtung fördert, in dem die Wirksubstanz unter Druck speicherbar ist, und an den die Einspritzvorrichtung direkt angeschlossen ist.These Task is in an internal combustion engine of the aforementioned Kind solved by that the exhaust aftertreatment system comprises a pressure accumulator into which the conveyor promotes, in the active substance can be stored under pressure, and to which the Injection device is connected directly.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Ein erster Vorteil bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine liegt darin, dass die Wirksubstanz von der Einspritzvorrichtung aufgrund des erhöhten Drucks im Druckspeicher, der prinzipbedingt dann auch in der Einspritzvorrichtung vorliegt, besonders gut zerstäubt werden kann, so dass das hierdurch entstehende Spray eine gute Aufbereitungsqualität hat. Dies führt zu einer verbesserten Umsetzungsrate der Wirksubstanz im Abgas. Die Zwischenspeicherung der Wirksubstanz im Druckspeicher gestattet darüber hinaus gegebenenfalls den Einsatz einer Fördereinrichtung mit kleinerer Förderleistung, da "Verbrauchsspitzen" bei einer entsprechenden Systemkonfiguration nicht durch eine erhöhte Förderleistung, sondern durch die im Druckspeicher zwischengespeicherte Wirksubstanz abgedeckt werden können.One first advantage in the internal combustion engine according to the invention in that the active substance is due to the injection device of the raised Pressure in the accumulator, the principle then in the injection device present, especially well atomized can be, so that the resulting spray has a good treatment quality. This leads to an improved conversion rate of the active substance in the exhaust gas. The Caching of the active substance allowed in the accumulator about that In addition, where appropriate, the use of a conveyor with smaller Capacity, because "consumption peaks" at a corresponding System configuration not by increased delivery, but by covered in the accumulator active substance covered can be.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in subclaims.

Zunächst wird vorgeschlagen, dass die Fördereinrichtung eine Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe umfasst. Die Vorförderpumpe kann beispielsweise eine Membranpumpe sein, die Hochdruckpumpe eine Kolbenpumpe. Hierdurch sind besonders hohe Drücke im Druckspeicher erzielbar, was wiederum zu einer besonders guten Zerstäubung der Wirksubstanz bei der Einspritzung in das Abgas führt.First, will suggested that the conveyor a prefeed pump and a high pressure pump. The prefeed pump can, for example a diaphragm pump, the high-pressure pump a piston pump. hereby are particularly high pressures achievable in the accumulator, which in turn leads to a particularly good atomization the active substance in the injection leads into the exhaust gas.

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Druckspeicher mit einer Druckregeleinrichtung verbunden ist. Dies gestattet entweder eine hohe Druckkonstanz oder, bei einer einstellbaren Druckregeleinrichtung, eine Variabilität des Drucks im Druckspeicher, was eine optimale Anpassung des Drucks im Druckspeicher an den augenblicklichen Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems und/oder der Brennkraftmaschine ermöglicht.Advantageous is also when the accumulator with a pressure regulator connected is. This allows either a high pressure stability or, at an adjustable pressure control device, a variability of the pressure in the accumulator, which is an optimal adjustment of the pressure in the pressure accumulator the current operating state of the exhaust aftertreatment system and / or the internal combustion engine allows.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfasst, welche die Förderleistung der Fördereinrichtung, den Druck im Druckspeicher, den Zeitpunkt der Einspritzung der Wirksubstanz, und/oder die Dauer einer Einspritzung der Wirksubstanz abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuert beziehungsweise regelt. Dies gestattet einen besonders sparsamen Verbrauch der Wirksubstanz bei gleichzeitig optimaler Umsetzungsrate des Wirksubstanz im Abgas.A particularly advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention is characterized by the fact that it is a control and / or regulating device includes the output of the Conveyor, the pressure in the accumulator, the time of injection of the active substance, and / or the duration of an injection of the active substance depends on Operating state of the internal combustion engine controls or regulates. This allows a particularly economical consumption of the active substance at the same time optimal conversion rate of the active substance in the exhaust gas.

Die Kosten für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine können gesenkt werden, wenn die Fördereinrichtung, der Druckspeicher, und/oder die Einspritzvorrichtung von jenem Typ sind, wie er bei direkteinspritzenden Kraftstoffsystemen verwendet wird. In Frage kommen hier insbesondere jene Kraftstoffsysteme, welche mit einer Kraftstoff-Sammelleitung ("Common-Rail") arbeiten. Gegebenenfalls müssen solche Systeme ausgewählt werden, deren Fördereinrichtungen nicht durch das geförderte Fluid geschmiert werden.The costs for the internal combustion engine according to the invention can be lowered when the conveyor, the pressure accumulator, and / or the injection device of that type are as used in direct injection fuel systems. In question here are in particular those fuel systems, which working with a common fuel rail. If necessary, such must Systems selected their conveyors not by the sponsored Be lubricated fluid.

Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wirksubstanz Harnstoff umfasst. Dabei ist der Harnstoff im allgemeinen in einer wässrigen Lösung gebunden und ungefährlich, ermöglicht jedoch eine wirkungsvolle Reduktion der Stickoxide im Abgas.A Another embodiment is characterized in that the active substance Contains urea. The urea is generally in one aqueous solution bound and harmless, allows however an effective reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Druckspeicher beheizbar ist. Die üblicherweise verwendete Harnstoff-Wasser-Lösung hat die Eigenschaft, bei Temperaturen unter minus 11°C zu gefrieren, das heißt vom flüssigen in den festen Zustand überzugehen. Durch die Beheizbarkeit des Druckspeichers wird die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems auch bei derart tiefen Temperaturen sichergestellt.In Further development, it is proposed that the pressure accumulator is heated. The usual used urea-water solution has the property of freezing at temperatures below minus 11 ° C, this means from the liquid to go into the solid state. Due to the heatability of the pressure accumulator is the functionality the exhaust aftertreatment system even at such low temperatures ensured.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der obigen Art. Es wird vorgeschlagen, dass die Förderleistung der Fördereinrichtung, der Druck in dem Druckspeicher, der Zeitpunkt der Einspritzung der Wirksubstanz, und/oder die Dauer der Einspritzung der Wirksubstanz von aktuellen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängen. Hierdurch wird eine besonders wirkungsvolle Reduktion der Schadstoffemissionen im Abgas erzielt bei gleichzeitig geringem Verbrauch an Wirksubstanz.The The invention also relates to a method for operating an internal combustion engine of the above kind. It is suggested that the delivery rate the conveyor, the pressure in the accumulator, the time of injection of the Active substance, and / or duration of injection of active substance depend on current operating parameters of the internal combustion engine. hereby will be a particularly effective reduction of pollutant emissions achieved in the exhaust gas at the same time low consumption of active substance.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Betriebsparameter eine Drehzahl einer Kurbelwelle, ein Drehmoment der Brennkraftmaschine, eine in einen Brennraum eingespritzte Kraftstoffmasse, eine Temperatur der Brennkraftmaschine, eine Temperatur der Umgebungsluft, eine Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, eine Temperatur vor und/oder hinter einem Katalysator, einen NOx- und/oder NH3-Gehalt im Abgas, und/oder ein Kraftstoff-Luftverhältnis im Brennraum, oder jeweils eine äquivalente Größe umfassen. Diese Betriebsparameter werden bei vielen Brennkraftmaschine ohnehin erfasst, sodass für Ihre Verwendung keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind, was die Kosten der Brennkraftmaschine senkt. Vor allem die Verwendung eines NOx- oder NH3-Gehalts im Abgas gestattet eine geregelte Dosierung der Wirksubstanz und gegebenenfalls sogar eine Adaption der für die Dosierung verwendeten Modelle.In a further development, it is proposed that the operating parameters include a rotational speed of a crankshaft, a torque of the internal combustion engine, a fuel mass injected into a combustion chamber, a temperature of the internal combustion engine, a temperature of the ambient air, a humidity of the ambient air, a temperature before and / or behind a catalytic converter , an NO x and / or NH 3 content in the exhaust gas, and / or an air-fuel ratio in the combustion chamber, or each of an equivalent size. These operating parameters are detected in many internal combustion engine anyway, so that no additional sensors are required for your use, which reduces the cost of the internal combustion engine. In particular, the use of a NO x - or NH 3 content in the exhaust gas allows a controlled dosage of the active substance and possibly even an adaptation of the models used for the dosage.

Die entsprechenden Steuer- beziehungsweise Regelalgorithmen liegen üblicherweise bereits vor, da die für die Berechnung der Dosiermengen nötigen Ein- und Ausgangsgrößen in ähnlicher Form im Rahmen der Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet werden und daher bereits weitestgehend vorliegen. Denkbar ist auch, dass die Berechnung und Applikation der für die Einspritzung beziehungsweise Dosierung der Wirksubstanz erforderlichen Daten anhand von Kennfeldern der Brennkraftmaschine ermittelt werden können. Hierdurch könnte ein zusätzliches Steuergerät eingespart werden, und bestimmte Mengenkorrekturen könnten parallel auf der Basis entsprechender Korrekturkoeffizienten, die bei der Steuerung der Brennkraftmaschine berechnet werden, durchgeführt werden.The corresponding control or control algorithms are usually already before, since the for The calculation of the dosing quantities required inputs and outputs in similar Form be used in the context of direct fuel injection and therefore already largely available. It is also conceivable that the calculation and application of the injection or Dosing of the active substance required data based on maps the internal combustion engine can be determined. This could be a saved additional control unit be, and certain quantity corrections could be based on parallel corresponding correction coefficients used in the control of Internal combustion engine can be calculated to be performed.

Zeichnungdrawing

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:following will be a particularly preferred embodiment of the present invention Invention explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In show the drawing:

1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem; und 1 a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment system; and

2 eine Darstellung der Ein- und Ausgangsgrößen zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Abgasnachbehandlungssystems von 1, 2 a representation of the input and output variables for controlling or regulating the exhaust aftertreatment system of 1 .

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Brennräume, von denen in 1 aus Darstellungsgründen nur einer mit dem Bezugszeichen 12 gezeigt ist. Verbrennungsluft gelangt in den Brennraum 12 über ein Einlassventil 14 und ein Ansaugrohr 16. Eine Temperatur TANS und eine Luftfeuchtigkeit FANS der angesaugten Umgebungsluft werden von Sensoren 15 und 17 erfasst. Die heißen Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 12 über ein Auslassventil 18 und ein Abgasrohr 20 abgeleitet. Im Betrieb wird eine Kurbelwelle 21 in Drehung versetzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 12 direkt durch eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22.In 1 an internal combustion engine carries the reference numeral 10 , It includes several combustion chambers, of which in 1 for purposes of illustration only one with the reference numeral 12 is shown. Combustion air enters the combustion chamber 12 via an inlet valve 14 and an intake pipe 16 , A temperature TANS and a humidity FANS of the sucked ambient air are from sensors 15 and 17 detected. The hot combustion gases are removed from the combustion chamber 12 via an exhaust valve 18 and an exhaust pipe 20 derived. In operation, a crankshaft 21 set in rotation. Fuel enters the combustion chamber 12 directly through a fuel injector 22 ,

Bei dem eingespritzten Kraftstoff handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Diesel-Kraftstoff. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 ist an eine Kraftstoff-Sammelleitung 24 ("Rail") angeschlossen. In dieser ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert. Er gelangt in die Kraftstoff-Sammelleitung 24 durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 26, die von einer Vorförderpumpe 28 gespeist wird. Diese fördert aus einem Kraftstoffbehälter 30. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 24 wird von einem Sensor 32 erfasst und über einen Druckregler 34 eingestellt. Zur Einstellung der Fördermenge der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 26 dient ein Mengensteuerventil 36. Die oben genannten Komponenten 22 bis 36 sind Teil eines Kraftstoffsystems 37.The injected fuel in the present exemplary embodiment is diesel fuel. The fuel injector 22 is on a fuel rail 24 ("Rail") connected. In this the fuel is stored under high pressure. He gets into the fuel rail 24 through a high-pressure fuel pump 26 that from a pre-feed pump 28 is fed. This promotes from a fuel tank 30 , The pressure in the fuel rail 24 is from a sensor 32 recorded and via a pressure regulator 34 set. For adjusting the flow rate of the high-pressure fuel pump 26 serves a quantity control valve 36 , The above components 22 to 36 are part of a fuel system 37 ,

Um schädliche Emissionen im Abgas der Brennkraftmaschine 10 zu verringern, umfasst diese ein Abgasnachbehandlungssystem 38. Dieses umfasst einen im Abgasrohr 20 angeordneten Oxidationskatalysator 39, der NO in NO2 umwandelt, sowie einen Katalysator 40, mit dem die im Abgas zunächst enthaltenen Schadstoffe reduziert werden. Stromaufwärts vom Katalysator 40 sind im Abgasrohr 20 ein Temperatursensor 41 zur Erfassung der Temperatur TSCR des Abgases und eine Einspritzvorrichtung 42 angeordnet. Durch diese kann eine Wirksubstanz, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Harnstoff 43, in das im Abgasrohr 20 strömende Abgas eingespritzt werden. Hierzu liegt der Harnstoff in Wasser gelöst vor, es wird also letztlich eine Harnstoff-Wasser-Lösung eingespritzt. Hinter dem Katalysator 40 sind eine Lambdasonde 45 und ein NOx-Sensor 47 vorhanden.To harmful emissions in the exhaust of the internal combustion engine 10 to reduce, this includes an exhaust aftertreatment system 38 , This includes one in the exhaust pipe 20 arranged oxidation catalyst 39 converting NO into NO 2 , as well as a catalyst 40 with which in the exhaust first contained pollutants are reduced. Upstream of the catalyst 40 are in the exhaust pipe 20 a temperature sensor 41 for detecting the temperature TSCR of the exhaust gas and an injector 42 arranged. Through this, an active substance, urea in the present embodiment 43 , in the exhaust pipe 20 flowing exhaust gas to be injected. For this purpose, the urea is dissolved in water, so it is ultimately injected with a urea-water solution. Behind the catalyst 40 are a lambda probe 45 and a NO x sensor 47 available.

Die Harnstoff-Wasser-Lösung 43 ist in einem Harnstoffbehälter 44 gelagert. Eine Vorförderpumpe 46 fördert die Harnstoff-Wasser-Lösung 43 aus dem Harnstoffbehälter 44 zu einer Hochdruckpumpe 48 (die beiden Pumpen 46 und 48 bilden zusammen eine Fördereinrichtung 49). Diese komprimiert die Harnstoff-Wasser-Lösung 43 auf einen sehr hohen Druck und fördert sie zu einem Harnstoff-Druckspeicher 50. Dieser kann beispielsweise rohr- oder kugelförmig ausgebildet sein. An ihn ist wiederum die Einspritzvorrichtung 42 angeschlossen.The urea-water solution 43 is in a urea container 44 stored. A prefeed pump 46 promotes the urea-water solution 43 from the urea container 44 to a high pressure pump 48 (the two pumps 46 and 48 together form a conveyor 49 ). This compresses the urea-water solution 43 at a very high pressure and promotes them to a urea pressure accumulator 50 , This can be designed, for example, tubular or spherical. To him, in turn, the injection device 42 connected.

Der Druck im Harnstoff-Druckspeicher 50 wird von einem Drucksensor 52 erfasst. Der Druck im Druckspeicher 50 wird durch einen Druckregler 54, die Fördermenge der Hochdruck-Harnstoffpumpe 48 durch ein Mengensteuerventil 56 eingestellt. Sämtliche Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 38, mit Ausnahme des Katalysators 40 und der Einspritzvorrichtung 42, können durch eine elektrische Heizeinrichtung 58 beheizt werden.The pressure in the urea pressure accumulator 50 is from a pressure sensor 52 detected. The pressure in the accumulator 50 is through a pressure regulator 54 , the flow rate of the high-pressure urea pump 48 through a quantity control valve 56 set. All components of the exhaust aftertreatment system 38 , with the exception of the catalyst 40 and the injector 42 , can by an electric heater 58 be heated.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10, einschließlich des Kraftstoffsystems 37, wird von einem Steuer- und Regelgerät 60 gesteuert beziehungsweise geregelt. Dieses erhält Signale von zahlreichen Sensoren, beispielsweise den beiden Drucksensoren 32 und 52, jedoch noch weiterer, in 1 nicht dargestellter Sensoren, und steuert entsprechende Stell- und Regeleinrichtungen an, beispielsweise die Einspritzvorrichtungen 22 und 42, die Mengensteuerventile 36 und 56 und die Druckregler 34 und 54, die dazu führen, dass die Brennkraftmaschine 10 eine gewünschte Leistung abgibt bei einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch und einem optimalen Emissionsverhalten. Auch der Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 38 wird vom Steuer- und Regelgerät 60 gesteuert beziehungsweise geregelt.The operation of the internal combustion engine 10 , including the fuel system 37 , is powered by a control unit 60 controlled or regulated. This receives signals from numerous sensors, for example the two pressure sensors 32 and 52 , but more, in 1 not shown sensors, and controls corresponding adjusting and regulating devices, such as the injectors 22 and 42 , the quantity control valves 36 and 56 and the pressure regulators 34 and 54 that cause the internal combustion engine 10 deliver a desired performance with the lowest possible fuel consumption and optimum emission behavior. Also, the operation of the exhaust aftertreatment system 38 is from the control unit 60 controlled or regulated.

Wie aus 2 hervorgeht, werden hierzu in einen Verarbeitungsblock 62 verschiedene Eingangsgrößen eingespeist. Hierzu gehört eine Drehzahl N der Kurbelwelle 21, eine relative Luftfüllung RL im Brennraum 12, eine in den Brennraum 12 von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 eingespritzte relative Kraftstoffmasse RK, eine Temperatur TMOT der Brennkraftmaschine 10 (beispielsweise eine Kühlwasser- oder, Zylinderkopftemperatur), sowie das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Brennraum 12, welches üblicherweise durch die Luftzahl LAMBDA dargestellt wird.How out 2 This results in a processing block 62 fed different input variables. This includes a speed N of the crankshaft 21 , a relative air filling RL in the combustion chamber 12 , one in the combustion chamber 12 from the fuel injector 22 injected relative fuel mass RK, a temperature TMOT of the internal combustion engine 10 (For example, a cooling water or cylinder head temperature), and the fuel-air ratio in the combustion chamber 12 , which is usually represented by the air ratio LAMBDA.

Weitere Größen können eine Temperatur TSCR des Katalysators 40, eine relative Feuchtigkeit FANS der angesaugten Luft, beispielsweise eine Temperatur TANS der Umgebungsluft, oder ein NOx-Wert sein.Other sizes may have a temperature TSCR of the catalyst 40 , a relative humidity FANS of the intake air, for example, a temperature TANS of the ambient air, or a NO x value.

Im Verarbeitungsblock 62 werden aus diesen Größen die für den Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 38 erforderlichen Stellgrößen bestimmt. Hierzu gehören ein Druck PR_HDS im Harnstoff-Druckspeicher 50, eine Ansteuerspannung U_HDS für das Mengensteuerventil 56, durch die wiederum eine Fördermenge M_HDS der Fördereinrichtung 49 eingestellt wird, eine Einspritzdauer TI_HDS der Harnstoff 43-Einspritzvorrichtung 42, sowie ein Bit B_HEIZ, durch welches die Heizeinrichtung 58 ein- beziehungsweise ausgeschaltet wird.In the processing block 62 These sizes are used for the operation of the exhaust aftertreatment system 38 required manipulated variables determined. These include a PR_HDS pressure in the urea pressure accumulator 50 , a drive voltage U_HDS for the quantity control valve 56 , by which in turn a flow rate M_HDS the conveyor 49 An injection duration TI_HDS of the urea 43 injector is set 42 , as well as a bit B_HEIZ, through which the heater 58 is switched on or off.

Man erkennt, dass bei der Brennkraftmaschine 10 der Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 38 wesentlich durch Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 gesteuert wird. Durch den Druck PR_HDS im Harnstoff-Druckspeicher 50 sowie die Einspritzdauer TI_HDS der Harnstoff-Einspritzvorrichtung 42 kann zum einen die eingespritzte Menge und zum anderen der Zerstäubungsgrad der Harnstoff-Wasser-Lösung 43 auf die aktuellen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 ausgerichtet werden. Hierdurch ist einerseits eine optimale Umsetzung der eingespritzten Harnstoff-Wasser-Lösung 43 gewährleistet, was zu einer Reduktion der Schadstoffemissionen führt, und andererseits kann die Harnstoff-Wasser-Lösung 43 sehr sparsam eingesetzt werden, da vermieden werden kann, dass zuviel Ammoniak erzeugt wird, gleichzeitig aber dennoch eine fast 100%ige Umsetzungsrate gewährleistet werden kann.It can be seen that in the internal combustion engine 10 the operation of the exhaust aftertreatment system 38 essentially by operating variables of the internal combustion engine 10 is controlled. By the pressure PR_HDS in the urea pressure accumulator 50 and the injection duration TI_HDS of the urea injector 42 On the one hand, the injected quantity and, on the other hand, the degree of atomization of the urea-water solution 43 on the current operating conditions of the internal combustion engine 10 be aligned. As a result, on the one hand optimal implementation of the injected urea-water solution 43 ensures, which leads to a reduction of pollutant emissions, and on the other hand, the urea-water solution 43 be used very sparingly, since it can be avoided that too much ammonia is produced, but at the same time, however, a nearly 100% conversion rate can be guaranteed.

Dabei kann der Druck im Harnstoff-Druckspeicher 50, ähnlich wie beim Kraftstoffsystem 37, sehr hoch sein und im Bereich von 50 bar, gegebenenfalls sogar einigen hundert bar bis über tausend bar liegen. Die für das Abgasnachbehandlungssystem 38 eingesetzten Komponenten können ähnlich zu den Komponenten des Kraftstoffsystems 37 sein. Gegebenenfalls können zumindest bereichsweise auch identische Komponenten eingesetzt werden. Auch die im Verarbeitungsblock 62 verwendeten Verarbeitungsmuster können denen ähneln oder sogar zu jenen identisch sein, welche zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Kraftstoffsystems 37 verwendet werden. Üblicherweise wird im Verarbeitungsblock 62 der Druck PR_HDS vor allem von der Drehzahl N der Kurbelwelle 21 und von der Temperatur TSCR des Abgases abhängen. Bei konstanter Drehzahl kann über den Druckregler 54 und das Mengensteuerventil 56 ein konstanter Druck im Harnstoff-Druckspeicher 50 eingestellt werden.In this case, the pressure in the urea pressure accumulator 50 , similar to the fuel system 37 to be very high and in the range of 50 bar, possibly even a few hundred bar to over a thousand bar lie. The for the exhaust aftertreatment system 38 used components may be similar to the components of the fuel system 37 be. Optionally, identical components can be used at least in some areas. Also in the processing block 62 The processing patterns used may be similar or even identical to those used to control the fuel system 37 be used. Usually in the processing block 62 the pressure PR_HDS mainly from the speed N of the crankshaft 21 and depend on the temperature TSCR of the exhaust gas. At constant Speed can be via the pressure regulator 54 and the quantity control valve 56 a constant pressure in the urea pressure accumulator 50 be set.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Harnstoff-Wasser-Lösung 43 von der Harnstoff-Einspritzvorrichtung 42 unmittelbar in das Abgasrohr 20 eingespritzt. Möglich ist aber auch, dass in die Harnstoff-Einspritzvorrichtung 42 auch Luft eingespeist wird und diese in der Harnstoff-Einspritzvorrichtung 42 oder beim Austritt aus dieser mit der Harnstoff-Wasser-Lösung 43 vermischt wird.At the in 1 shown embodiment, the urea-water solution 43 from the urea injector 42 directly into the exhaust pipe 20 injected. It is also possible that in the urea injection device 42 also air is fed and this in the urea injector 42 or when leaving this with the urea-water solution 43 is mixed.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Wirksubstanz Harnstoff 43 genannt. Es versteht sich, dass bei der beschriebenen Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems 38 als Wirksubstanz aber auch jedes andere Wirkmittel eingesetzt werden kann, solange es in das Abgas eingespritzt werden kann. Infrage kommt beispielsweise die Einspritzung von Diesel-Kraftstoff beziehungsweise ganz allgemein die Einspitzung von HC, oder auch die Einspritzung gasförmiger oder pulvriger Substanzen.In the present embodiment, urea is used as the active substance 43 called. It is understood that in the described embodiment of the exhaust aftertreatment system 38 as an active substance but also any other active agent can be used as long as it can be injected into the exhaust gas. In question is, for example, the injection of diesel fuel or more generally the Einspitzung of HC, or the injection of gaseous or powdery substances.

Außerdem sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Komponenten im Rahmen der obigen Beschreibung der Einfachheit halber nur als "Harnstoff"-Komponenten bezeichnet wurden (beispielsweise "Harnstoff-Druckspeicher"), obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel selbstverständlich kein reiner Harnstoff, sondern immer eine Harnstoff-Wasser-Lösung verwendet wird.In addition, be noted that various components under the above, for the sake of simplicity only referred to as "urea" components were (for example, "urea pressure accumulator"), although in the above described embodiment Of course no pure urea, but always used a urea-water solution becomes.

Claims (12)

Brennkraftmaschine (10), insbesondere mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Abgasnachbehandlungssystem (38) zur Verminderung von Schadstoffen im Abgas, welches umfasst: einen Vorratsbehälter (44) mit einer Wirksubstanz (43), eine Fördereinrichtung (49) zum Fördern der Wirksubstanz (43), und eine Einspritzvorrichtung (42) zum Einspritzen der Wirksubstanz (43) in das Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem (38) einen Druckspeicher (50) umfasst, in den die Fördereinrichtung (49) fördert, in dem die Wirksubstanz (43) unter Druck speicherbar ist, und an den die Einspritzvorrichtung (42) direkt angeschlossen ist.Internal combustion engine ( 10 ), in particular with direct fuel injection, with an exhaust aftertreatment system ( 38 ) for reducing pollutants in the exhaust gas, comprising: a reservoir ( 44 ) with an active substance ( 43 ), a conveyor ( 49 ) for conveying the active substance ( 43 ), and an injection device ( 42 ) for injecting the active substance ( 43 ) into the exhaust gas, characterized in that the exhaust aftertreatment system ( 38 ) an accumulator ( 50 ) into which the conveyor ( 49 ), in which the active substance ( 43 ) is stored under pressure, and to which the injection device ( 42 ) is directly connected. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung eine Vorförderpumpe (46) und eine Hochdruckpumpe (48) umfasst.Internal combustion engine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the conveying device is a prefeed pump ( 46 ) and a high pressure pump ( 48 ). Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (50) mit einer Druckregeleinrichtung (54) verbunden ist.Internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pressure accumulator ( 50 ) with a pressure control device ( 54 ) connected is. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (60) umfasst, welche die Förderleistung (M_HDS) der Fördereinrichtung (49), den Druck (PR_HDS) im Druckspeicher (50), den Zeitpunkt der Einspritzung der Wirksubstanz, und/oder die Dauer (TI_HDS) einer Einspritzung der Wirksubstanz abhängig vom Betriebszustand (N, RL, RK, TMOT, LAMBDA) der Brennkraftmaschine (10) steuert beziehungsweise regelt.Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a control and / or regulating device ( 60 ), which determines the delivery rate (M_HDS) of the delivery device ( 49 ), the pressure (PR_HDS) in the accumulator ( 50 ), the time of injection of the active substance, and / or the duration (TI_HDS) of an injection of the active substance as a function of the operating state (N, RL, RK, TMOT, LAMBDA) of the internal combustion engine ( 10 ) controls or regulates. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (49), der Druckspeicher (50), und/oder die Einspritzvorrichtung (42) von jenem Typ sind, wie er bei direkteinspritzenden Kraftstoffsystemen (37) verwendet wird.Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the conveying device ( 49 ), the accumulator ( 50 ), and / or the injection device ( 42 ) are of the type used in direct injection fuel systems ( 37 ) is used. Brennkraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirksubstanz Harnstoff ist.Internal combustion engine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the active substance is urea. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (50) beheizbar ist (58).Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the pressure accumulator ( 50 ) is heatable ( 58 ). Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung (M_HDS) der Fördereinrichtung (49), der Druck (PR_HDS) in dem Druckspeicher (50), der Zeitpunkt der Einspritzung der Wirksubstanz, und/oder die Dauer (TI_HDS) der Einspritzung der Wirksubstanz von aktuellen Betriebsparametern (N, RL, RK, TMOT, TANS, FANS, TSCR, NOX, LAMBDA) der Brennkraftmaschine (10) abhängen.Method for operating an internal combustion engine ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the delivery rate (M_HDS) of the conveyor ( 49 ), the pressure (PR_HDS) in the accumulator ( 50 ), the time of injection of the active substance, and / or the duration (TI_HDS) of the injection of the active substance of current operating parameters (N, RL, RK, TMOT, TANS, FANS, TSCR, NOX, LAMBDA) of the internal combustion engine ( 10 ) depend. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter eine Drehzahl (N) einer Kurbelwelle (21), ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (10), eine in einen Brennraum (12) eingespritzte Kraftstoffmasse (RK), eine Temperatur (TMOT) der Brennkraftmaschine (10), eine Temperatur (TANS) der Umgebungsluft, eine Feuchtigkeit (FANS) der Umgebungsluft, eine Temperatur (TSCR) vor und/oder hinter einem Katalysator (40), einen NOx- und/oder NH3-Gehalt (NOX) im Abgas, und/oder ein Kraftstoff-Luftverhältnis (LAMBDA) im Brennraum (12), oder jeweils eine äquivalente Größe (RL) umfassen.A method according to claim 8, characterized in that the operating parameters a speed (N) of a crankshaft ( 21 ), a torque of the internal combustion engine ( 10 ), one into a combustion chamber ( 12 ) injected fuel mass (RK), a temperature (TMOT) of the internal combustion engine ( 10 ), a temperature (TANS) of the ambient air, a humidity (FANS) of the ambient air, a temperature (TSCR) before and / or behind a catalytic converter ( 40 ), a NO x and / or NH 3 content (NOX) in the exhaust gas, and / or an air-fuel ratio (LAMBDA) in the combustion chamber ( 12 ), or each of an equivalent size (RL). Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 programmiert ist.Computer program, characterized in that it for use in a method according to one of claims 8 or 9 is programmed. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (60) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 8 oder 9 abgespeichert ist.Electrical storage medium for a control and / or regulating device ( 60 ) an internal combustion engine ( 10 ), characterized in that on it a computer program for use in egg nem method of claims 8 or 9 is stored. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (60) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 programmiert ist.Control and / or regulating device ( 60 ) for an internal combustion engine ( 10 ), characterized in that it is programmed for use in a method according to one of claims 8 or 9.
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