DE3925251A1 - Diesel engine with temp.-dependent fuel injection - uses temp. sensor to delay injection when exhaust catalyst reaches activation temp. - Google Patents

Diesel engine with temp.-dependent fuel injection - uses temp. sensor to delay injection when exhaust catalyst reaches activation temp.

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Abstract

The diesel engine has a catalyst (3) in its exhaust (1) to oxidise hydrocarbons. A temp. sensor (4) is near the catalyst. The device (6, 7, 9) that sets the start of fuel injection according to temp. only delays the start of injection when the sensor indicates a temp. above the activation temp. of the catalyst. The sensor has a switch (4) that actuates a magnet (6) that operates the injection regulator (7) at temps. above the said activation temp. The device (6, 7, 9) resembles a controller.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.The invention relates to a diesel internal combustion engine according to the preamble of the patent claim 1.

Wie bekannt - siehe beispielsweise die DE-OS 26 53 046, F 02 D 1/16 -, kann die Schadstoffemission einer Dieselmaschine durch geeignete Einstellung des Kraft­ stoffeinspritzbeginns günstig beeinflußt werden. Dort ist eine Einrichtung offenbart, die als Kennfeldregelung für den Einspritzbeginn Drehzahl, Last und eine Temperatur der Dieselmaschine erfaßt.As is known - see for example DE-OS 26 53 046, F 02 D 1/16 -, can reduce the pollutant emissions of a diesel engine by appropriate adjustment of the force beginning of fuel injection are influenced favorably. There is a facility disclosed that as map control for the start of injection speed, load and a temperature of Diesel engine detected.

Grundsätzlich ist es auch bekannt - siehe die EP 01 37 316 A1, F 02 D 1/16 -, eine Verstellung des Einspritzbeginns in Richtung früher bei kalter Dieselmaschine und wäh­ rend des Warmlaufs derselben vorzunehmen, wobei die Temperatur mittels eines Thermostaten erfaßt wird.Basically, it is also known - see EP 01 37 316 A1, F 02 D 1/16 -, one Adjustment of the start of injection in the direction earlier with cold diesel engine and wäh rend warming the same, the temperature is detected by means of a thermostat.

Betrachtet man die Abhängigkeit der Schadstoffemission einer Dieselmaschine von dem Kraftstoffeinspritzbeginn, so befolgen die Kohlenwasserstoffanteile (HC) und die Stick­ oxidanteile (NO x ) gegenläufige Gesetzmäßigkeiten: Während der NO x -Gehalt mit einer Verlegung des Einspritzbeginns in Richtung spät abnimmt, steigt in dieser Richtung der HC-Gehalt, so daß man üblicherweise - sofern nicht Werte einzelner Maschinenparame­ ter eine andere Einstellung erfordern - den Zeitpunkt des Einspritzbeginns unter Berück­ sichtigung des Kraftstoffverbrauchs in einen Bereich legt, in dem sowohl die HC- als auch die NO x -Anteile im Abgas mäßige Werte annehmen. Die Absenkung der NO x -Emis­ sion durch Verspätung des Einspritzbeginns ist also durch den steilen Anstieg der HC- Emission begrenzt.
If you consider the dependence of the pollutant emissions of a diesel engine on the start of fuel injection, the hydrocarbon components (HC) and the nitrogen oxide components (NO x ) follow opposite laws: While the NO x content decreases with a shift in the start of injection in the late direction, increases in this direction the HC content, so that usually - unless values of individual machine parameters require a different setting - the time of the start of injection taking fuel consumption into an area in which both the HC and the NO x components in the exhaust gas accept moderate values. The reduction in NO x emissions due to the delay in the start of injection is therefore limited by the steep rise in HC emissions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dieselbrennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß trotz dieser gegenläufigen Gesetzmäßigkeiten für die genannten Abgasbestandteile in Abhängigkeit von Einspritzbeginn beide auf geringe Werte reduziert sind.The invention has for its object to design a diesel internal combustion engine of the generic type so that despite these contrary laws for mentioned exhaust gas components depending on the start of injection both to low Values are reduced.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unter­ ansprüche.The solution to this problem according to the invention consists in the characteristic features len of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the sub Expectations.

Die Erfindung erschöpft sich nicht in dem Vorsehen eines an sich bekannten Katalysa­ tors zur Oxidation von im Abgas enthaltenen, gar nicht oder unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen, sondern sieht zugleich eine Regelung oder Steuerung des Einspritz­ beginns in Abhängigkeit von der Temperatur des Katalysators oder des Abgases im Be­ reich desselben in der Weise vor, daß nur bei oberhalb der Anspringtemperatur des Ka­ talysators liegenden Temperaturwerten, also dann, wenn dieser den Kohlenwasserstoff­ gehalt der Abgase verringert, der Einspritzbeginn in Richtung spät in einen Bereich sehr geringen NO x -Gehalts der Abgase verlegt wird. Dadurch ist eine Sicherheit gegen einen großen HC-Gehalt in den ins Freie abgegebenen Abgasen während der Unwirk­ samkeit des Katalysators gegeben.The invention does not exhaust itself in the provision of a known catalyst for the oxidation of hydrocarbons contained in the exhaust gas, which are not or not completely burned, but also sees a regulation or control of the injection beginning depending on the temperature of the catalyst or the exhaust gas in the loading rich thereof before in such a manner that only when above the light-off temperature of the Ka talysators side temperature values, so when these the hydrocarbon content of the exhaust gases decreases, the start of injection in the late direction very low in a range NO x content of the exhaust gases is laid. This provides security against a large HC content in the exhaust gases released into the open during the ineffectiveness of the catalyst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained below with reference to the figures. It shows

Fig. 1 die tendenzielle Abhängigkeit der HC- und der NO x -Emission im Abgas von dem Einspritzbeginn i, wobei der Pfeil an der Abszisse in Richtung später zeigt, Fig. 1, the tendency depending on the HC and NO x emissions in the exhaust gas from the start of injection i, where the arrow on the abscissa in the direction shown later,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Ausführung der Erfindung, Fig. 2 is a block diagram of an embodiment of the invention,

Fig. 3 ein Abgastemperatur (t)-Maschinenlast und (L)-Diagramm und Fig. 3 is an exhaust gas temperature (t) - and engine load (L) - Graph and

Fig. 4 ein Diagramm, das schematisch die Einstellung des Einspritzbe­ ginns i in Abhängigkeit von der jeweiligen Abgastemperatur t im Bereich des Katalysators und in Abhängigkeit von der Maschinen­ last L wiedergibt. Fig. 4 is a diagram that schematically shows the setting of the Eininjbe start i depending on the respective exhaust gas temperature t in the region of the catalyst and depending on the engine load L.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man, daß zwar der NO x -Gehalt des Abga­ ses mit zunehmender Verlegung des Kraftstoffeinspritzbeginns in Richtung später, also in Richtung des Pfeils an der Abszisse, stark abnimmt, daß aber diese erwünschte Abnah­ me erkauft werden muß mit einer starken Zunahme des HC-Gehalts.Looking first at Fig. 1, it can be seen that although the NO x content of the waste gas decreases sharply with increasing shifting of the start of fuel injection in the direction later, that is to say in the direction of the arrow on the abscissa, but that this desired decrease is bought must with a sharp increase in the HC content.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 trägt dem dadurch Rechnung, daß in der Abgasleitung 1 der Dieselbrennkraftmaschine 2, die einen üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbau besitzt, der Katalysator 3 angeordnet ist, der in ebenfalls bekannter Weise im Abgas enthaltene, unvollständig oder überhaupt nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe oxidiert, so daß in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator 3 koh­ lenwasserstoffarme Abgasbestandteile vorliegen.The embodiment of the invention according to FIG. 2 takes this into account in that the catalytic converter 3 is arranged in the exhaust line 1 of the diesel internal combustion engine 2 , which has a customary and therefore not to be described structure, which is also incomplete or contained in the exhaust gas in a known manner Oxidized hydrocarbons not oxidized at all, so that there are 3 low-carbon exhaust gas components behind the catalyst in the flow direction.

Eine bekannte Eigenart derartiger Katalysatoren ist die Tatsache, daß sie erst dann ar­ beiten, wenn ihre Temperatur oberhalb eines als Anspringtemperatur bezeichneten Tem­ peraturwerts liegt. Diese Anspringtemperatur liegt bei etwa 200°C. Betrachtet man nun nochmals die Diagramme der Fig. 1, so ergäbe sich bei Einstellung des Einspritzbe­ ginns i zur wirksamen NO x -Verringerung bei niedriger Abgastemperatur infolge dieser Eigenschaft des Katalysators 3 der bereits angesprochene hohe HC-Gehalt in den Abga­ sen. Um dies zu vermeiden, ist dem Katalysator 3 der Thermo-Schalter 4 zugeordnet, der in einem die Spannungsquelle 5 und den Betätigungsmagneten 6 für den Spritzversteller 7 der Dieselmaschine 2 enthaltenden Stromkreis liegt. Nur dann, wenn der Thermoschal­ ter 4 eine Katalysator- oder Abgastemperatur mißt, die über der Anspringtemperatur des Katalysators 3 liegt, schließt er den beschriebenen Stromkreis, so daß der Betäti­ gungsmagnet 6 (z. B. ein Magnetventil) den Spritzversteller 7 im Sinne einer Verstellung des Einspritzbeginns i in Richtung später beaufschlagt. Damit ist sichergestellt, daß die die Abgasleitung 1 verlassenden, durch den Pfeil 8 symbolisierten Abgase sowohl hin­ sichtlich ihres Stickoxidgehaltes als auch hinsichtlich ihres Kohlenwasserstoffgehalts ge­ reinigt sind.A known peculiarity of such catalysts is the fact that they only work if their temperature is above a temperature value called the light-off temperature. This light-off temperature is around 200 ° C. If one now looks again at the diagrams in FIG. 1, the setting of the injection start i would result in effective NO x reduction at a low exhaust gas temperature as a result of this property of the catalytic converter 3, and the already mentioned high HC content in the exhaust gases. To avoid this, the catalytic converter 3 is assigned the thermal switch 4 , which is located in a circuit containing the voltage source 5 and the actuating magnet 6 for the injection adjuster 7 of the diesel engine 2 . Only when the thermal switch ter 4 measures a catalytic converter or exhaust gas temperature which is above the light-off temperature of the catalytic converter 3 does it close the circuit described, so that the actuating magnet 6 (e.g. a solenoid valve) adjusts the injection adjuster 7 in the sense of a Adjustment of the start of injection i applied in the direction later. This ensures that the exhaust gas line 1 leaving, symbolized by the arrow 8 exhaust gases are both ge visually cleaned their nitrogen oxide content and in terms of their hydrocarbon content.

In dem beschriebenen Stromkreis erkennt man ferner die Einrichtung 9, der in Sensoren gewonnene Signale für die Drehzahl n und die Last L der Brennkraftmaschine 2 zu­ geführt werden. Diese Einrichtung 9 dient dazu, das Maß der Verstellung des Einspritzbe­ ginns i in Richtung später in Abhängigkeit von diesem Maschinenparametern gleichsam kennfeldartig zu bestimmen. Dabei kann die Verstellung des Einspritzbeginns kontinuier­ lich oder stufenartig erfolgen.In the circuit described, the device 9 can also be seen, the signals for the speed n and the load L of the internal combustion engine 2 obtained in sensors being fed to. This device 9 serves to determine the extent of the adjustment of the injection start i in the direction later as a function of this machine parameter, as it were, in the manner of a map. The start of injection can be adjusted continuously or in steps.

In Fig. 3 ist eine mit zunehmender Last L ansteigende Abgastemperatur t dargestellt. Die Anspringtemperatur des in Fig. 2 mit 3 bezeichneten Katalysators habe den Wert t A . Bei einer bestimmten Last erreicht die Abgastemperatur den Wert der Anspringtem­ peratur. In Fig. 3, a load L increases with increasing exhaust gas temperature is shown t. The light-off temperature of the catalyst designated 3 in FIG. 2 has the value t A. With a certain load, the exhaust gas temperature reaches the value of the light-off temperature.

In Fig. 4 ist der Einspritzbeginn i über der Last L aufgetragen, wobei der Pfeil i 1 Ver­ stellungen des Einspritzzeitpunkts in Richtung früher, dagegen der Pfeil i 2 Verstellungen in Richtung später symbolisiert. Eine konventionelle, konstante Einstellung des Einspritz­ beginns ist durch die Gerade 20 angegeben. Sobald die Abgastemperatur t den Wert der Anspringtemperatur t A des Katalysators 3 erreicht hat, erfolgt bei der Erfindung die Verstellung des Einspritzbeginns i im Sinne des Pfeils i 2 in Richtung später, wodurch sich der Kurvenverlauf 21 ergibt. Diese Verstellung wird hier jedoch wieder rückgängig gemacht, sobald die Last der Maschine einen Wert L 1 erreicht hat, der die Bedeutung einer starken Verringerung des NO x -Gehalts der Abgase gegenüber anderen Gesichts­ punkten (Leistungsverlust, zu hohe Abgastemperatur) zurücktreten läßt.In Fig. 4, the start of injection i is plotted against the load L , the arrow i symbolizing 1 positions of the injection timing in the earlier direction, whereas the arrow i symbolizes 2 adjustments later. A conventional, constant setting of the injection start is indicated by the straight line 20 . Once the exhaust gas temperature t the value of the light-off temperature t A of the catalyst 3 has reached takes place at the invention, the adjustment of the injection start in the sense of the arrow i i 2 in the direction later, whereby the curve 21 is obtained. This adjustment is reversed here, however, as soon as the load of the machine has reached a value L 1 , which points to the importance of a strong reduction in the NO x content of the exhaust gases compared to other aspects (loss of performance, exhaust gas temperature too high).

Wie in Fig. 3 bei t′ angedeutet, hat die Spätverstellung des Einspritzzeitpunkts i gemäß Fig. 4 eine Erhöhung der Abgastemperatur t zur Folge, durch die der Wirkbereich des Katalysators in Richtung auf niedrigere Maschinenlast L′ vergrößert wird.As indicated in Fig. 3 at t ' , the late adjustment of the injection timing i according to FIG. 4 results in an increase in the exhaust gas temperature t , by which the effective range of the catalyst in the direction of lower engine load L' is increased.

Mit der Erfindung ist also eine gattungsgemäße Dieselbrennkraftmaschine geschaffen, die eine Stickoxidabsenkung in den Abgasen durch eine billige, einfache Maßnahme gestattet, ohne daß ein höherer HC-Anteil in Kauf genommen werden muß. Durch die Einstellung eines relativ späten Kraftstoffeinspritzbeginns ergibt sich nicht nur ein ruhigerer Motorlauf, sondern auch ein großer Wirkungsbereich des Katalysators im Be­ triebskennfeld der Maschine, da durch die Spätverschiebung des Einspritzbeginns die Abgastemperatur ansteigt.With the invention, therefore, a generic diesel internal combustion engine is created, a nitrogen oxide reduction in the exhaust gases by a cheap, simple measure allowed without having to accept a higher HC content. Through the Setting a relatively late start of fuel injection does not only result in a quieter engine running, but also a large range of effectiveness of the catalyst in the loading drive map of the machine, because of the late shift in the start of injection Exhaust gas temperature rises.

Claims (3)

1. Dieselbrennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur temperaturabhängigen Einstellung des Kraftstoffeinspritzbeginns, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (1) der Maschine (2) ein Katalysator (3) zur Oxidation von im Abgas enthaltenen Kohlen­ wasserstoffen (HC) und im Bereich desselben eine Temperatursonde (4) angeordnet ist, und daß die Einrichtung (6, 7, 9) nur bei von der Temperatursonde (4) erfaßten Temperaturwerten (t), die oberhalb der Anspringtemperatur (t A ) des Katalysators (3) liegen, den Einspritzbeginn (i) in Richtung spät verlegt.1. Diesel internal combustion engine with a device for temperature-dependent adjustment of the start of fuel injection, characterized in that in the exhaust line ( 1 ) of the machine ( 2 ) a catalyst ( 3 ) for the oxidation of carbons contained in the exhaust gas (HC) and in the same area a temperature probe ( 4 ) and that the device ( 6, 7, 9 ) only starts the injection (i) if the temperature probe ( 4 ) detects temperature values (t) which are above the light-off temperature (t A ) of the catalyst ( 3 ). relocated towards late. 2. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe­ ratursonde mit einem Schalter (4) versehen ist, der bei Temperaturwerten (t) ober­ halb der Anspringtemperatur (t A ) einen Betätigungsmagneten (6) für einen Spritzver­ steller (7) ansteuert.2. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the Tempe ratursonde is provided with a switch ( 4 ), the actuating magnet ( 6 ) for a Spritzver actuator ( 7 ) controls at temperature values (t) above half the light-off temperature (t A ) . 3. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6, 7, 9) nach Art einer Kennfeldsteuerung oder -regelung mit last- und/ oder drehzahlabhängiger Einstellung des Betrags der Verlegung des Einspritzbeginns (i) ausgelegt ist.3. Diesel internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the device ( 6, 7, 9 ) is designed in the manner of a map control or regulation with load and / or speed-dependent adjustment of the amount of the relocation of the start of injection (i) .
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