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DE10323314B4 - Combustion engine assembly with operating method therefor - Google Patents

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DE10323314B4 DE10323314A DE10323314A DE10323314B4 DE 10323314 B4 DE10323314 B4 DE 10323314B4 DE 10323314 A DE10323314 A DE 10323314A DE 10323314 A DE10323314 A DE 10323314A DE 10323314 B4 DE10323314 B4 DE 10323314B4
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotoraggregats mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysator (9), welches einen Lastbereich (H) aufweist, in welchem der Katalysator (9) überhitzt, wenn eine Maßnahme zur Kühlung des Katalysators unterlassen wird, und zum Kühlen des Katalysators ein Rückführen von Verbrennungsabgasen in eine Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors (1) stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lastbereich (H) die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so festgelegt werden, dass für alle Lastwerte des Lastbereichs (H) eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur des Katalysators (9) resultiert.Method for operating an internal combustion engine unit with an internal combustion engine (1) and a catalytic converter (9) which is arranged in an exhaust gas flow of the internal combustion engine and has a load range (H) in which the catalytic converter (9) overheats if a measure to cool the catalytic converter is neglected , and combustion exhaust gases are recirculated into a combustion chamber (2) of the internal combustion engine (1) for cooling the catalytic converter, characterized in that the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio are determined in the load range (H) so that a substantially uniform temperature of the catalytic converter (9) results for all load values of the load range (H).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsmotoraggregat mit einem Verbrennungsmotor und einem in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysator, sowie ein Betriebsverfahren für ein solches Verbrennungsmotoraggregat. Derartige Verbrennungsmotoraggregate sind aus einer Vielzahl von Schriften bekannt, unter denen DE 43 28 085 A1 als Beispiel genannt werden kann.The present invention relates to an internal combustion engine assembly having an internal combustion engine and a catalyst arranged in an exhaust gas stream of the internal combustion engine, and an operating method for such an internal combustion engine assembly. Such internal combustion engine units are known from a variety of writings, among which DE 43 28 085 A1 can be mentioned as an example.

Bei frühen Bauformen dieser Aggregate war der Katalysator in einer Abgasleitung beabstandet vom Verbrennungsmotor angeordnet und wurde im Wesentlichen nur durch in den Verbrennungsabgasen mitgeführte Wärme erhitzt. Diese Bauweise hatte zur Folge, dass nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors eine recht lange Aufwärmphase erforderlich war, bis der Katalysator eine Betriebstemperatur erreichte, bei der er einen wirksamen Abbau der Schadstoffe in den Verbrennungsabgasen bewirkte.In early designs of these units, the catalyst was located in an exhaust conduit spaced from the internal combustion engine and was heated substantially only by heat entrained in the combustion exhaust gases. The result of this design was that a fairly long warm-up period was required after starting the internal combustion engine until the catalyst reached an operating temperature at which it caused effective degradation of the pollutants in the combustion exhaust gases.

Die Schadstoffmenge, die der Motor eines Kraftfahrzeugs abgeben darf, ist durch gesetzliche Vorgaben beschränkt. Genauer gesagt, sind Obergrenzen für den Gesamtschadstoffausstoß eines Fahrzeugs während eines standardisierten Testzyklus festgelegt, der innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, jeweils beginnend mit kaltem Motor, unterschiedliche Lastzustände in jeweils festgelegten Zeitspannen umfasst. Ein erheblicher Beitrag zum Gesamtschadstoffausstoß während eines solchen Testzyklus entsteht in der Zeitspanne nach dem Starten des Motors und bevor der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat. Um den Schadstoffausstoß während eines solchen Testzyklus zu begrenzen, ist ein sehr wirksames Mittel, die Aufheizung des Katalysators zu beschleunigen. Dies hat zu einer Tendenz bei der Konstruktion von Verbrennungsmotoraggregaten geführt, den Katalysator immer näher am Motor selbst anzuordnen, zum einen, um Wärmeverluste des Abgases auf dem Weg vom Motor zum Katalysator gering zu halten, zum anderen, um durch das Abgas aufzuheizende Massen wie Krümmer und Abgasrohre zu minimieren. Diese Bauweise hat jedoch den Nachteil, dass eine Erwärmung des Motors bei Betrieb unter hoher Last sich auch auf den Katalysator überträgt, so dass es zu Überschreitungen der zulässigen Betriebstemperatur des Katalysators und damit zu einer irreversiblen Schädigung kommen kann, sofern keine Maßnahmen für eine Kühlung des Katalysators getroffen werden.The amount of pollutants that the engine of a motor vehicle may deliver is limited by statutory requirements. Specifically, upper limits for the overall emissions of a vehicle are set during a standardized test cycle that includes different load conditions within a predetermined period of time, each starting with a cold engine, at predetermined time intervals. A significant contribution to total emissions during such a test cycle is made in the period after the engine is started and before the catalyst has reached operating temperature. To limit pollutant emissions during such a test cycle is a very effective means of accelerating catalyst heating. This has led to a tendency in the design of internal combustion engine assemblies to place the catalyst ever closer to the engine itself, on the one hand to minimize heat losses of the exhaust gas on the way from the engine to the catalyst, on the other hand to be heated by the exhaust gas masses such as manifold and to minimize exhaust pipes. However, this design has the disadvantage that heating of the engine during operation under high load is also transferred to the catalyst, so that it can lead to exceeding the permissible operating temperature of the catalyst and thus to irreversible damage, unless measures for cooling the Catalyst are taken.

Ein z. B. aus DE 10043687 A bekanntes Verfahren, um empfindliche Teile eines Verbrennungsmotors vor Überhitzung zu schützen, ist, das dem Motor zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch anzufetten, d. h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ < 1 einzustellen. Wenn ein solches Gemisch verwendet wird, reicht der in einer Brennkammerfüllung enthaltene Sauerstoff nicht aus, um den gesamten zugeführten Kraftstoff zu verbrennen, und der Abgasstrom enthält unverbrannte Kohlenwasserstoffe, deren Verdampfung dem Abgasstrom Wärme entzieht. Es liegt auf der Hand, dass dieses Verfahren einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und einen erhöhten Schadstoffgehalt der Verbrennungsabgase mit sich bringt. Solange jedoch Lastzustände des Motors, in denen eine solche Kühlung erforderlich ist, in dem zum Ermitteln des Schadstoffausstoßes des Fahrzeugs vorgeschriebenen Testzyklus nicht enthalten sind, erfüllt ein Verbrennungsmotoraggregat, in dem zur Kühlung das Gemisch angefettet wird, die staatlichen Abgasvorschriften. D. h., es können Kraftfahrzeuge auf den Markt gelangen, deren Verbrennungsmotoraggregate zwar die gesetzlichen Abgasvorschriften erfüllen und somit den Eindruck erwecken, schadstoffarm zu sein, die aber bei Betrieb unter hoher Last sehr ungünstige Verbrauchs- und Schadstoffwerte aufweisen können.A z. B. off DE 10043687 A A known method for protecting sensitive parts of an internal combustion engine from overheating is to grease the air-fuel mixture supplied to the engine, ie to set an air-fuel ratio λ <1. When such a mixture is used, the oxygen contained in a combustor charge is insufficient to burn all the fuel supplied, and the exhaust gas stream contains unburned hydrocarbons, the evaporation of which extracts heat from the exhaust gas flow. It is obvious that this method entails increased fuel consumption and increased pollutant content of the combustion exhaust gases. However, as long as load conditions of the engine in which such cooling is required are not included in the test cycle prescribed for determining the pollutant emissions of the vehicle, a combustion engine assembly, in which the mixture is enriched for cooling, complies with the state exhaust gas regulations. D. h., There may be motor vehicles on the market, the internal combustion engine units meet the statutory emission requirements and thus give the impression of being low in pollutants, but which can have very unfavorable consumption and pollutant levels when operating under high load.

Eine bekannte Technik zum Reduzieren des Schadstoffausstoßes eines Verbrennungsmotors ist die Abgasrückführung. Sie wird herkömmlicherweise im unteren bis mittleren Lastbereich eingesetzt, um den Ausstoß an Stickoxiden zu vermindern. Durch das rückgeführte Abgas wird die Ladungsluft verdünnt. Dadurch verschlechtert sich jedoch die Verbrennung, und oberhalb einer kritischen Abgasrückführrate steigt der Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Abgas und der Kraftstoffverbrauch bei schlechterer Laufruhe des Motors an. Es gibt daher eine Grenze der Abgasrückführrate, oberhalb derer der Ausstoß aller Schadstoffe nicht weiter vermindert werden kann. Dementsprechend ist es üblich, die Abgasrückführrate, d. h. den Anteil rückgeführten Abgases an der Ladung der Brennkammern, auf geringe, „ausgewogene” Schadstoffwerte und geringen Verbrauch zu optimieren.One known technique for reducing pollutant emissions of an internal combustion engine is exhaust gas recirculation. It is conventionally used in the low to medium load range to reduce the emission of nitrogen oxides. The recirculated exhaust gas dilutes the charge air. As a result, however, the combustion deteriorates, and above a critical exhaust gas recirculation rate, the content of hydrocarbons in the exhaust gas and the fuel consumption increases with poorer running smoothness of the engine. There is therefore a limit to the exhaust gas recirculation rate above which the emission of all pollutants can not be further reduced. Accordingly, it is common for the exhaust gas recirculation rate, i. H. To optimize the proportion of recirculated exhaust gas to the charge of the combustion chambers, to low, "balanced" pollutant values and low consumption.

Eine solche Optimierung wird herkömmlicherweise für stöchiometrische Verbrennung an einem Motorprüfstand für einen Prototypen eines Motors vorgenommen, und die dabei gewonnenen Ergebnisse fließen in die Programmierung der Steuergeräte der seriengefertigten Motoren ein. Dabei zeigt sich, dass die Vorteile der Abgasrückführung mit zunehmender Motorlast geringer werden, und dass bei den meisten Motoren eine Lastgrenze existiert, oberhalb derer sich die Abgasrückführung verbrauchssteigernd auswirkt.Such optimization is conventionally made for stoichiometric combustion on an engine test bench for a prototype engine, and the results obtained are incorporated into the programming of the control units of the in-line engines. It shows that the advantages of exhaust gas recirculation decrease with increasing engine load, and that in most engines there is a load limit above which the exhaust gas recirculation increases consumption.

Aus DE 19858990 A sind ein Verfahren bzw. ein Verbrennungsmotoraggregat nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9 bekannt. Dieses Dokument schlägt vor, Abgasrückführung einzusetzen, um bei einem NOx-Speicherkatalysator eine Erhitzung auf eine Temperatur, bei der gespeichertes NOx desorbiert, zu verhindern.Out DE 19858990 A are known a method or a combustion engine assembly according to the preambles of claims 1 and 9. This document proposes to use exhaust gas recirculation to prevent heating in a NOx storage catalyst to a temperature at which stored NOx desorbs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein Verbrennungsmotoraggregat bzw. ein Verbrennungsmotoraggregat mit einem Katalysator anzugeben, die eine hohe Langzeithaltbarkeit des Katalysators und gleichzeitig einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Schadstoffwerte im Abgas erreichen. The object of the present invention is to specify an operating method for a combustion engine assembly or a combustion engine assembly with a catalyst which achieves a high long-term durability of the catalyst and at the same time low fuel consumption and low pollutant values in the exhaust gas.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The object is achieved by a method having the features of claim 1 and an internal combustion engine having the features of claim 9.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es durch Abgasrückführung auch möglich ist, die Temperatur des Katalysators zu verringern und diesen so vor Überhitzung zu schützen. Ein solcher Überhitzungsschutz ist insbesondere in einem Hochlastbereich erforderlich, wo ein Fehlen von temperaturbegrenzenden Maßnahmen zu einer Schädigung des Katalysators durch Überhitzung führen könnte. Durch geeignete Auswahl der Menge an rückgeführtem Abgas und des Wertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird der Katalysator im gesamten überhitzungsgefährdeten Lastbereich auf einer einheitlichen Temperatur betrieben.The present invention is based on the finding that it is also possible by exhaust gas recirculation to reduce the temperature of the catalyst and thus to protect it from overheating. Such overheat protection is particularly required in a high load area where a lack of temperature limiting measures could result in overheating damage to the catalyst. By properly selecting the amount of recirculated exhaust gas and the value of the air-fuel ratio, the catalyst is operated at a uniform temperature throughout the overheated load area.

Die Abgasrückführung macht es möglich, zumindest in einem ersten Teilintervall desjenigen Lastbereichs, in dem Maßnahmen zur Katalysatorkühlung erforderlich sind, auf die herkömmliche, verbrauchs- und schadstoffsteigernde Technik des Anfettens zu verzichten.Exhaust gas recirculation makes it possible, at least in a first subinterval of that load range in which measures for catalyst cooling are required to dispense with the conventional, consumption and pollution-increasing technique of enrichment.

In einem anderen Teilintervall des überhitzungsgefährdeten Lastbereichs hat es sich für den Verbrauch als günstig erwiesen, die Abgasrückführung mit einer Anfettung des Luft-Kraftstoff-Gemischs zu kombinieren. Dabei mag zwar im stöchiometrischen Betrieb der Verbrauch in diesem Lastbereich mit Abgasrückführung immer noch geringfügig höher sein als ohne, doch wird man dies billigend in Kauf nehmen, da es eine geringe Anfettung die Voraussetzung dafür ist, den Katalysator überhaupt betreiben zu können. Dabei ist das Ausmaß der Anfettung um so geringer, d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis um so größer, je höher die Menge an rückgeführtem Abgas ist.In another sub-interval of the overheating-prone load range, it has proven to be favorable for the consumption to combine the exhaust gas recirculation with an enrichment of the air-fuel mixture. Although in stoichiometric operation, the consumption in this load range with exhaust gas recirculation may still be slightly higher than without, but this will be acceptable, since it is a low Anfettung the prerequisite for being able to operate the catalyst at all. The extent of enrichment is the lower, d. H. the higher the amount of recirculated exhaust gas, the greater the air-fuel ratio.

Da bei den gegenwärtigen Katalysatorzusammensetzungen die Langzeithaltbarkeit bei Betriebstemperaturen oberhalb 950°C schnell abnimmt, andererseits bei niedrigen Temperaturen die Wirksamkeit des Katalysators beeinträchtigt ist, wird man diese einheitliche Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von 900°C bis 950°C, vorzugsweise bei ca. 930°C, wählen.Since in the present catalyst compositions the long-term durability rapidly decreases at operating temperatures above 950 ° C, on the other hand, at low temperatures, the effectiveness of the catalyst is impaired, this uniform temperature is preferably in a range of 900 ° C to 950 ° C, preferably about 930 ° C, select.

Da sowohl die Abgasrückführung als auch die Anfettung des Gemischs jeweils für sich wirksam sind, um die Temperatur des Katalysators zu begrenzen, gibt es für Lastwerte des zweiten Teilintervalls jeweils eine Vielzahl von Wertepaaren der Menge an rückgeführtem Abgas und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, mit denen die gewünschte Katalysatortemperatur erreichbar ist. Unter diesen Wertepaaren wird man zweckmäßigerweise dasjenige wählen, bei welchem ein minimaler Kraftstoffverbrauch resultiert.Since both the exhaust gas recirculation and the enrichment of the mixture are effective per se to limit the temperature of the catalyst, there are a plurality of value pairs of the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio, for load values of the second sub-interval where the desired catalyst temperature is reached. Among these pairs of values, it will be expedient to choose the one in which a minimum fuel consumption results.

Die Erfindung ist sowohl auf externe Abgasrückführung, d. h. auf Bauformen des Verbrennungsmotoraggregats, bei denen eine Abgasrückführleitung von einer Abgasleitung über ein Ventil zum Saugrohr des Verbrennungsmotors geführt ist, als auch auf interne Abgasrückführung anwendbar, bei der Ein- und Auslassventile einer Brennkammer des Verbrennungsmotors so gesteuert werden, dass in jedem Verbrennungszyklus eine bestimmte Abgasmenge durch das Einlassventil in die Saugleitung zurückgedrängt wird.The invention is applicable both to external exhaust gas recirculation, i. H. On designs of the internal combustion engine unit, in which an exhaust gas recirculation line is guided by an exhaust pipe via a valve to the intake manifold of the engine, and applicable to internal exhaust gas recirculation, be controlled in the intake and exhaust valves of a combustion chamber of the engine so that in each combustion cycle, a certain amount of exhaust gas is forced back into the suction line through the inlet valve.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotoraggregats mit externer Abgasrückführung; 1 a schematic representation of a first embodiment of the internal combustion engine assembly according to the invention with external exhaust gas recirculation;

2 eine zweite Ausgestaltung mit externer Abgasrückführung; 2 a second embodiment with external exhaust gas recirculation;

3 das Prinzip der internen Abgasrückführung; 3 the principle of internal exhaust gas recirculation;

4 Abgasrückführungsraten als Funktion der Last bei einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Steuerung; 4 Exhaust gas recirculation rates as a function of load in a conventional and a control according to the invention;

5 Katalysatortemperaturen und Luftzahlen als Funktion der Last bei einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Steuerung; und 5 Catalyst temperatures and air numbers as a function of load in a conventional and a controller according to the invention; and

6 den Kraftstoffverbrauch als Funktion der Last bei einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Steuerung. 6 the fuel consumption as a function of load in a conventional and a control according to the invention.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Verbrennungsmotoraggregats mit Abgasrückführung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Gezeigt ist ein Motorblock 1 mit im hier betrachteten Beispiel vier Brennkammern 2, in denen Kolben 3 zum Antreiben einer Kurbelwelle 4 verschiebbar sind. Jede Brennkammer 2 hat zwei durch eine (nicht dargestellte) Nockenwelle im Takt der Umdrehung der Kurbelwelle 4 betätigte Ventile 5, 6, von denen eines 5 die Brennkammer mit einem Ansaugkrümmer 7 und das andere 6 sie mit einem Abgaskrümmer 8 verbindet. Der Abgaskrümmer 8 leitet von den Brennkammern 2 ausgestoßenes Abgas einem Katalysator 9 zu, der dazu dient, Schadstoffanteile im Abgas wie etwa Stickoxide, Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe abzubauen. Dem Motor ist ein elektronisches Steuergerät 10 zugeordnet, welches anhand einer Vielzahl von an dem Motor oder anderenorts am Fahrzeug aufgenommenen Parametern wie etwa der Stellung eines Fahrpedals 15 Betriebsgrößen des Motors wie etwa die Luftzahl λ, Öffnungszeitpunkt und -dauer von Einspritzventilen 16, Zündwinkel, etc. regelt. 1 shows a block diagram of an internal combustion engine exhaust gas recirculation engine assembly according to a first embodiment of the invention. Shown is an engine block 1 with four combustion chambers in the example considered here 2 in which pistons 3 for driving a crankshaft 4 are displaceable. Every combustion chamber 2 has two by a (not shown) camshaft in time with the rotation of the crankshaft 4 operated valves 5 . 6 of which one 5 the combustion chamber with an intake manifold 7 and the other 6 she with an exhaust manifold 8th combines. The exhaust manifold 8th derives from the combustion chambers 2 discharged exhaust gas a catalyst 9 , which serves to reduce pollutant levels in the exhaust gas such as nitrogen oxides, carbon monoxide and unburned hydrocarbons. The engine is an electronic control unit 10 associated with a plurality of recorded on the engine or elsewhere on the vehicle parameters such as the position of an accelerator pedal 15 Operating variables of the engine such as the air ratio λ, opening time and duration of injectors 16 , Ignition angle, etc. regulates.

In einer Abgasrückführleitung 11 zwischen dem Abgaskrümmer 8 und dem Ansaugkrümmer 7 ist ein durch das Steuergerät 10 gesteuertes Ventil 12 angeordnet, das einen geregelten Rückfluss von Abgas aus dem Abgaskrümmer 8 in den Ansaugkrümmer 7 ermöglicht. Zu den von der Steuerschaltung 10 gesteuerten Betriebsgrößen des Motors gehört auch eine gewünschte Abgasrückführungsrate bzw. ein zum Realisieren dieser Rate erforderlicher Öffnungsgrad des Ventils 12. Das Steuergerät 10 berechnet diese Rate anhand einer Vielzahl von Betriebsparametern des Motors wie etwa Drehzahl, Last, Außentemperatur etc..In an exhaust gas recirculation line 11 between the exhaust manifold 8th and the intake manifold 7 is one through the control unit 10 controlled valve 12 arranged, which provides a regulated reflux of exhaust gas from the exhaust manifold 8th in the intake manifold 7 allows. To those of the control circuit 10 Controlled operating variables of the engine also includes a desired exhaust gas recirculation rate or an opening degree of the valve required for realizing this rate 12 , The control unit 10 calculates this rate based on a variety of operating parameters of the engine such as speed, load, outside temperature, etc ..

Die Steuerschaltung 10 muss die diversen Betriebsgrößen des Motors so regeln, dass eine Überhitzung des Katalysators vermieden wird. Zu diesem Zweck kann ein Temperaturfühler am Katalysator vorgesehen werden. In der Praxis wird jedoch meist ein wenigstens teilweise empirisch gewonnenes Temperaturmodell verwendet, das es der Steuerschaltung 10 ermöglicht, die Katalysatortemperatur aus anderen Betriebsparametern des Motors zu berechnen. Da die Katalysatortemperatur Änderungen von sie beeinflussenden Parametern verzögert folgt, ermöglicht es ein solches Modell, Parameterkombinationen, die zu einer Überhitzung führen können, zu erkennen und gegenzusteuern, noch bevor die Überhitzung tatsächlich eingetreten ist.The control circuit 10 must regulate the various operating variables of the engine so that overheating of the catalyst is avoided. For this purpose, a temperature sensor can be provided on the catalyst. In practice, however, an at least partially empirically derived temperature model is used, which is the control circuit 10 allows to calculate the catalyst temperature from other operating parameters of the engine. Because the catalyst temperature follows changes in parameters affecting it, it allows such a model to recognize and counteract parameter combinations that can lead to overheating even before overheating has actually occurred.

Die Arbeitsweise des Steuergeräts 10 ist für alle hier gezeigten Ausgestaltungen von Verbrennungsmotoraggregaten die gleiche und wird an späterer Stelle behandelt.The operation of the controller 10 is the same for all embodiments of internal combustion engine engines shown here and will be discussed later.

2 zeigt eine bevorzugte Weiterentwicklung des Aggregats aus 1 in einer schematischen Draufsicht in der Bewegungsrichtung der Kolben 3 in den Brennkammern 2. Ansaugkrümmer 7 und Abgaskrümmer 8 liegen einander hier beiderseits der Reihe von Brennkammern 2 gegenüber und haben die Form einer Verteilerleitung mit einer Mehrzahl von jeweils zu einer der Brennkammern 2 führenden Abzweigleitungen. Eine Rückführleitung 11, die ein vom Steuergerät 10 gesteuertes Ventil 12 enthält, ist jeweils zwischen einer gleichen Brennkammer 2 zugeordneten Abzweigleitungen des Ansaugkrümmers 7 und des Abgaskrümmers 12 angeordnet. Diese Abwandlung ist zwar aufwändiger als die der 1, da sie eine eigene Rückführleitung für jede einzelne Brennkammer 2 erfordert, doch erlaubt sie, das Abgas in unmittelbare Nähe des Einlassventils jeder Brennkammer 2 rückzuführen. Dadurch wird die Verweildauer des rückgeführten Abgases im Ansaugkrümmer 7 kurz gehalten, und die Rückführungsrate kann unter der Kontrolle des Steuergeräts 10 sehr schnell an veränderte Betriebsbedingungen des Motors angepasst werden. 2 shows a preferred development of the aggregate 1 in a schematic plan view in the direction of movement of the piston 3 in the combustion chambers 2 , intake manifold 7 and exhaust manifold 8th are each other here on both sides of the row of combustion chambers 2 and have the form of a manifold with a plurality of each to one of the combustion chambers 2 leading branch lines. A return line 11 that one from the control unit 10 controlled valve 12 contains, is in each case between a same combustion chamber 2 associated branch lines of the intake manifold 7 and the exhaust manifold 12 arranged. This modification is more complex than that of the 1 as it has its own return line for each individual combustion chamber 2 requires, but allows, the exhaust gas in the immediate vicinity of the inlet valve of each combustion chamber 2 recirculate. As a result, the residence time of the recirculated exhaust gas in the intake manifold 7 kept short, and the return rate can be under the control of the controller 10 be adapted very quickly to changed operating conditions of the engine.

3 zeigt das Prinzip der internen Abgasrückführung anhand eines schematischen Schnitts durch eine Brennkammer 2. Am Kopfende der Brennkammer 2 befinden sich ein Einlassventil 13, das gekoppelt an die Drehstellung der Kurbelwelle 4 geöffnet bzw. geschlossen wird, um bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 3 Frischgas in die Brennkammer 2 einzulassen, und ein Auslassventil 14, das jeweils nach der Verbrennung geöffnet wird, um die Verbrennungsabgase in den Abgaskrümmer 8 abzulassen. Bei der internen Abgasrückführung gibt es im Laufe der Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 nach erfolgter Verbrennung, im in 3 dargestellten Zustand, eine Phase, in der wie gezeigt Einlassventil 13 und Auslassventil 14 gleichzeitig oder auch nur das Einlassventil 13 geöffnet ist, um einen Teil der Verbrennungsabgase in den Ansaugkrümmer 7 zu verdrängen. Die in den Ansaugkrümmer 7 verdrängte Abgasmenge, die nur wenige Prozent des gesamten Abgasvolumens ausmacht, wird in der darauf folgenden Ansaugphase der Brennkammer 2 praktisch vollständig in diese zurückgesogen. Dies ermöglicht eine extrem schnelle Regelung der rückgeführten Abgasmenge. 3 shows the principle of internal exhaust gas recirculation based on a schematic section through a combustion chamber 2 , At the head of the combustion chamber 2 There is an inlet valve 13 that is coupled to the rotational position of the crankshaft 4 is opened or closed to when a downward movement of the piston 3 Fresh gas in the combustion chamber 2 let in, and an exhaust valve 14 , which is opened after each combustion to the combustion exhaust gases in the exhaust manifold 8th drain. The internal exhaust gas recirculation occurs during the upward movement of the piston 3 after combustion, in 3 illustrated state, a phase in the inlet valve as shown 13 and exhaust valve 14 at the same time or just the inlet valve 13 open to a portion of the combustion exhaust gases in the intake manifold 7 to displace. The in the intake manifold 7 displaced exhaust gas amount, which accounts for only a few percent of the total exhaust gas volume, in the subsequent intake phase of the combustion chamber 2 almost completely absorbed in this. This allows extremely fast control of the recirculated exhaust gas quantity.

4 ist ein Graph, der als Funktion der Motorlast, hier parametrisiert als Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, in welchem der Motor eingebaut ist, bei Fahrt auf ebener Strecke, die unter der Kontrolle des Steuergeräts 10 rückgeführte Abgasmenge darstellt. Oberhalb einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 140 km/h liegt ein Lastbereich H, in dem sich der Motor so stark erhitzt, dass die über die Abgase an den Katalysator abgegebene Wärmemenge diesen so stark erhitzt, dass die Haltbarkeit des Katalysators beeinträchtigt wird, sofern keine Maßnahmen getroffen werden, um den Katalysator zu kühlen. 4 is a graph that is parameterized as a function of engine load, here parameterized as the speed of a motor vehicle in which the engine is installed, when driving on a level track, under the control of the control unit 10 repatriated exhaust gas quantity represents. Above a vehicle speed of 140 km / h is a load range H, in which the engine heats up so much that the amount of heat released via the exhaust gases to the catalyst heated it so much that the durability of the catalyst is impaired, unless action is taken to cool the catalyst.

Die Kurve 20 in 4 zeigt eine herkömmliche schadstoff- und verbrauchsoptimierte Kennlinie der Abgasrückführrate in Prozent als Funktion der Motorlast (hier der Fahrzeuggeschwindigkeit). Die Rückführrate liegt im Niedriglastbereich zwischen 0 und 100 km/h bei ca. 13%. Ab ca. 100 km/h beginnt sich eine verbrauchssteigernde Wirkung bemerkbar zu machen, so dass im Bereich zwischen 100 und 140 km/h, unterhalb des überhitzungsgefährdeten Lastbereichs H, die Rückführrate allmählich auf Null zurückgenommen wird. Um eine Überhitzung des Katalysators zu vermeiden, wenn der Motor unter einer hohen Last im Bereich H steht, muss das den Brennkammern 2 zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch angefettet werden.The curve 20 in 4 shows a conventional pollutant and consumption optimized characteristic of the exhaust gas recirculation rate in percent as a function of the engine load (here the vehicle speed). The return rate in the low load range between 0 and 100 km / h is approx. 13%. From about 100 km / h, a consumption-increasing effect begins to make noticeable, so that in the range between 100 and 140 km / h, below the overheating endangered load range H, the return rate is gradually reduced to zero. To one To avoid overheating of the catalytic converter when the engine is under a high load in the H range, this must be done to the combustion chambers 2 fed air-fuel mixture to be greased.

Die Kurve 21 zeigt eine Kennlinie der Abgasrückführrate als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der Erfindung. Sie ist das Ergebnis einer Schadstoff- und Verbrauchsoptimierung, wobei allerdings als zusätzliche Randbedingung einbezogen wurde, dass eine schädigende Überhitzung des Katalysators unterbleiben muss. Die Kurve 21 folgt im Niedriglastbereich bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 100 km/h der Kurve 20, nimmt dann allerdings weniger stark ab und behält vor allem anders als jene im Bereich H eine nichtverschwindende Rückführrate bis zur Geschwindigkeit von 180 km/h bei, die nahezu Volllast entspricht.The curve 21 shows a characteristic of the exhaust gas recirculation rate as a function of the vehicle speed according to the invention. It is the result of pollutant and fuel consumption optimization, but included as an additional constraint that a damaging overheating of the catalyst must be omitted. The curve 21 follows in the low load range up to a speed of approx. 100 km / h of the curve 20 but then decreases less strongly and retains, above all unlike those in the area H a non-disappearing return rate up to the speed of 180 km / h, which corresponds to almost full load.

Das Diagramm der 5 zeigt, wiederum als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, Luftzahlen λ und Katalysatortemperaturen gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung. Dabei ist die Katalysatortemperatur, die der Rückführratenkurve 20 gemäß dem Stand der Technik entspricht, durch eine Kurve 22 und die, die der Rückführratenkurve 21 gemäß der Erfindung entspricht, durch eine Kurve 23 wiedergegeben. Kurven 24, 25 stellen jeweils die den Kurven 22 bzw. 23 entsprechenden Luftzahlen λ als Funktion der Geschwindigkeit dar.The diagram of 5 again, as a function of vehicle speed, air ratios λ and catalyst temperatures according to the prior art and according to the invention. The catalyst temperature is that of the return rate curve 20 according to the prior art, by a curve 22 and those of the return rate curve 21 according to the invention, by a curve 23 played. curves 24 . 25 each set the curves 22 respectively. 23 corresponding air ratios λ as a function of the speed.

Im Geschwindigkeitsbereich bis 100 km/h, in dem sich die Rückführraten der Kurven 20 und 21 im wesentlichen gleichen, verlaufen auch die Temperaturkurven 22, 23 im wesentlichen deckungsgleich. Es besteht ein in etwa linearer Zusammenhang zwischen der Motorlast (bzw. Geschwindigkeit) und der Katalysatortemperatur. Im Geschwindigkeitsbereich von 100 bis 140 km/h, bei dem die erfindungsgemäße Steuerung eine etwas erhöhte Rückführrate vorsieht, ist der Anstieg der Kurve 23 etwas langsamer als der der Kurve 22. Bei 140 km/h erreicht die herkömmliche Kurve 22 eine Katalysatortemperatur von ca. 930°C, die, um eine Beschädigung des Katalysators zu vermeiden, nicht überschritten werden sollte. Um den Motor dennoch mit höherer Last betreiben zu können, muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch angefettet werden, wobei lastabhängig der Kraftstoffüberschuss jeweils so gewählt wird, dass die Katalysatortemperatur im Wesentlichen konstant bei 930°C bleibt. Dieser Temperaturverlauf wird in 5 durch die punktierte Linie 22' wiedergegeben, die für Geschwindigkeit größer oder gleich 140 km/h gemittelt im Wesentlichen parallel zur Abszisse verläuft. Dementsprechend erkennt man für die Kurve 24 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oberhalb von 140 km/h einen allmählichen Abfall vom stöchiometrischen Wert 1,0 bis auf unter 0,9 bei ca. 190 km/h.In the speed range up to 100 km / h, in which the return rates of the curves 20 and 21 essentially the same, the temperature curves are also running 22 . 23 essentially congruent. There is an approximately linear relationship between the engine load (or speed) and the catalyst temperature. In the speed range of 100 to 140 km / h, in which the control according to the invention provides for a somewhat increased return rate, the slope of the curve is 23 a bit slower than the curve 22 , At 140 km / h reaches the conventional curve 22 a catalyst temperature of about 930 ° C, which should, in order to avoid damage to the catalyst, should not be exceeded. To be able to operate the engine nevertheless with higher load, the air-fuel mixture must be enriched, whereby load-dependent the fuel surplus is selected in each case so that the catalyst temperature remains essentially constant at 930 ° C. This temperature profile is in 5 through the dotted line 22 ' reproduced for speed greater than or equal to 140 km / h averaged substantially parallel to the abscissa. Accordingly, one recognizes for the curve 24 The air-fuel ratio above 140 km / h, a gradual decrease from the stoichiometric value of 1.0 to less than 0.9 at about 190 km / h.

Die erfindungsgemäße starke Abgasrückführung gemäß Kurve 21 führt dazu, dass zu Beginn des ohne Kühlung überhitzungsgefährdeten Lastbereichs H der Katalysator die Grenztemperatur noch nicht erreicht hat. Ein Anfetten des Gemischs ist daher im Teilintervall H1 von H, das von 140 km/h bis ca. 160–170 km/h reicht, nicht erforderlich.The inventive strong exhaust gas recirculation according to curve 21 leads to the fact that the catalyst has not yet reached the limit temperature at the beginning of the load range H without overheating prone to overheating. It is therefore not necessary to enrich the mixture in the H1 partial interval of H, which ranges from 140 km / h to approximately 160-170 km / h.

Bei noch höherer Motorlast würde sich eine Beibehaltung einer hohen Abgasrückführrate in der Größenordnung von 10% verbrauchssteigernd auswirken oder mangels Unterdrucks im Ansaugkrümmer 7 schwierig zu realisieren sein, weswegen die Rückführrate gemäß Kurve 21 in diesem mit H2 bezeichneten Bereich mit steigender Last stark zurückgenommen wird und bei 180 km/h Null erreicht. Im Lastbereich H2 zwischen ca. 160 bis 170 km/h und 180 km/h wird somit der Katalysator gleichzeitig durch Abgasrückführung und Anfettung des Gemischs gekühlt.At even higher engine load, maintaining a high exhaust gas recirculation rate of the order of 10% would increase fuel economy or lack of vacuum in the intake manifold 7 difficult to realize, so the return rate according to curve 21 is greatly reduced with increasing load in this area designated H2 and reaches zero at 180 km / h. In the load range H2 between about 160 to 170 km / h and 180 km / h, the catalyst is thus simultaneously cooled by exhaust gas recirculation and enrichment of the mixture.

In 6 ist die geschwindigkeitsabhängige Kraftstoffverbrauchsrate, dargestellt durch eine Kurve 27, bei Steuerung gemäß der Erfindung mit Abgasrückführrate entsprechend Kurve 21 und Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend Kurve 25 der Kraftstoffverbrauchsrate des gleichen Motors ohne Abgasrückführung, dargestellt durch eine Kurve 26, gegenübergestellt. Die Kurven 26, 27 sind auf die an der linken Ordinate aufgetragenen Werte bezogen, die den Kraftstoffverbrauch in Liter/100 km angeben. Kurve 28 stellt, bezogen auf die rechte Ordinate, die Differenz zwischen den beiden in den Kurven 26, 27 dargestellten Verbrauchsraten in Prozent dar. Kurve 29 zeigt zum Vergleich die prozentuale Differenz zwischen dem Verbrauch bei herkömmlicher Steuerung mit Abgasrückführrate entsprechend Kurve 20 und Luftzahl entsprechend Kurve 24. Im niedrigen Lastbereich bis 150 km/h beobachtet man an beiden Kurven 28, 29 eine geringfügige Kraftstoffeinsparung von 2 bis 3%. Im Hochlastbereich H zeigt sich ein erheblicher Verbrauchsvorteil der erfindungsgemäßen Steuerung von bis zu 5 was in diesem Geschwindigkeitsbereich für einen typischen PKW-Motor einem Minderverbrauch von 0,5 bis 1,0 l/100 km entspricht.In 6 is the speed-dependent fuel consumption rate represented by a curve 27 , in control according to the invention with exhaust gas recirculation rate according to curve 21 and air-fuel ratio according to curve 25 the fuel consumption rate of the same engine without exhaust gas recirculation, represented by a curve 26 , faced. The curves 26 . 27 are related to the values plotted on the left ordinate, which indicate the fuel consumption in liters / 100 km. Curve 28 represents, based on the right ordinate, the difference between the two in the curves 26 . 27 shown consumption percentages. Curve 29 shows for comparison the percentage difference between the consumption in conventional control with exhaust gas recirculation rate according to curve 20 and air ratio according to curve 24 , In the low load range up to 150 km / h you can observe on both curves 28 . 29 a slight fuel saving of 2 to 3%. In the high load range H, a significant fuel consumption advantage of the control according to the invention of up to 5, which corresponds to an under-consumption of 0.5 to 1.0 l / 100 km in this speed range for a typical car engine.

Da mit der erfindungsgemäßen Steuerung der Wert der Motorlast, oberhalb dessen eine Gemischanfettung zum Schutz des Katalysators vor Überhitzung erforderlich ist, nach oben verschoben wird, wird somit nicht nur eine Verringerung des Schadstoffausstoßes, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, sondern darüber hinaus ein deutlicher Verbrauchsvorteil erzielt.Since with the control according to the invention the value of the engine load, above which a mixture enrichment is required to protect the catalyst from overheating, is shifted upwards, not only a reduction of pollutant emissions, especially unburned hydrocarbons, but also a significant fuel consumption advantage is achieved.

Es versteht sich, dass die oben als Grenzen der Lastbereiche H, H1 und H2 angegebenen Geschwindigkeitswerte lediglich Beispiele sind, und dass sich je nach Bauart des Motors und des Katalysators und der thermischen Kopplung zwischen beiden für verschiedene Typen von Motoraggregaten andere Grenzen dieser Intervalle ergeben können. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist nicht die Lage dieser Intervalle, sondern die Tatsache, dass unter Lastbedingungen, die Maßnahmen zur Kühlung des Katalysators erfordern, um Schäden an ihm zu vermeiden, die Abgasrückführung die herkömmliche Methode des Anfettens ersetzen oder wenigstens unterstützen und dadurch Verbrauch und Schadstoffausstoß senken kann.It is understood that the velocity values given above as limits of the load ranges H, H1 and H2 are only examples, and that different limits of these intervals may result for different types of motor assemblies depending on the type of engine and the catalyst and the thermal coupling between them , Essential to the present invention is not the location of these intervals, but the fact that under load conditions which require measures to cool the catalyst to prevent damage to it, the exhaust gas recirculation replace or at least assist the conventional enrichment method and thereby fuel consumption and Can reduce pollutant emissions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Motorblockblock
22
Brennkammercombustion chamber
33
Kolbenpiston
44
Kurbelwellecrankshaft
55
VentilValve
66
VentilValve
77
Ansaugkrümmerintake manifold
88th
Abgaskrümmerexhaust manifold
99
Katalysatorcatalyst
1010
Steuergerätcontrol unit
1111
RückführleitungReturn line
1212
VentilValve
1313
Einlassventilintake valve
1414
Auslassventiloutlet valve
1515
Fahrpedalaccelerator
1616
EinspritzventilInjector
1717
1818
1919
2020
KurveCurve
2121
KurveCurve
2222
KurveCurve
2323
KurveCurve
2424
KurveCurve
2525
KurveCurve
2626
KurveCurve
2727
KurveCurve

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotoraggregats mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysator (9), welches einen Lastbereich (H) aufweist, in welchem der Katalysator (9) überhitzt, wenn eine Maßnahme zur Kühlung des Katalysators unterlassen wird, und zum Kühlen des Katalysators ein Rückführen von Verbrennungsabgasen in eine Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors (1) stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lastbereich (H) die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so festgelegt werden, dass für alle Lastwerte des Lastbereichs (H) eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur des Katalysators (9) resultiert.Method for operating an internal combustion engine assembly with an internal combustion engine ( 1 ) and a catalyst arranged in an exhaust gas stream of the internal combustion engine ( 9 ), which has a load range (H), in which the catalyst ( 9 ) is overheated when a measure for cooling the catalyst is omitted, and for the cooling of the catalyst, a recirculation of combustion exhaust gases in a combustion chamber ( 2 ) of the internal combustion engine ( 1 ), characterized in that in the load range (H) the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio are set so that for all load values of the load range (H) a substantially uniform temperature of the catalyst ( 9 ) results. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem ersten Teilintervall (H1) dieses Lastbereichs (4) eine Verbrennung mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.Method according to Claim 1, characterized in that at least in a first subinterval (H1) of this load range ( 4 ) a stoichiometric air-fuel ratio combustion is performed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Teilintervall (H2) dieses Lastbereichs eine Verbrennung mit angefettetem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird.A method according to claim 2, characterized in that in a second sub-interval (H2) of this load range, a combustion with enriched air-fuel ratio is performed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilintervall (H2) mit steigender Last die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert werden.A method according to claim 3, characterized in that in the second sub-interval (H2) with increasing load, the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio can be reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Katalysators (9) zwischen 900°C und 950°C, vorzugsweise bei ca. 930°C gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the catalyst ( 9 ) between 900 ° C and 950 ° C, preferably at about 930 ° C is selected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für Lastwerte des zweiten Teilintervalls (H2) die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so festgelegt werden, dass ein minimaler Kraftstoffverbrauch resultiert.A method according to claim 5, characterized in that for load values of the second sub-interval (H2), the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio are set so that a minimum fuel consumption results. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführen der Verbrennungsabgase bezogen auf den Verbrennungsmotor extern erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recirculation of the combustion gases with respect to the internal combustion engine takes place externally. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführen der Verbrennungsabgase bezogen auf den Verbrennungsmotor intern erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the recirculation of the combustion gases based on the internal combustion engine takes place internally. Verbrennungsmotoraggregat mit einem Verbrennungsmotor (1), einem in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Katalysator (9) und steuerbaren Rückführmitteln (11, 12; 13, 14), die wahlweise das Rückführen oder Nichtrückführen von Abgas aus dem Abgasstrom in eine Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors ermöglichen, und einem Steuergerät (10) zum Steuern der Rückführmittel (11, 12; 13, 14), wobei das Verbrennungsmotoraggregat einen Lastbereich (H) aufweist, in dem das Steuergerät (10) die Rückführmittel (11, 12; 13, 14) ansteuert, um Abgas rückzuführen und in dem ein Unterbleiben des Rückführens zur Überhitzung des Katalysators (9) führen würde, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) eingerichtet ist, die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so festzulegen, dass die Temperatur des Katalysators (9) für alle Lastwerte des Lastbereichs (H) im wesentlichen einheitlich ist.Internal combustion engine assembly with an internal combustion engine ( 1 ), one in an exhaust gas stream of the internal combustion engine ( 1 ) arranged catalyst ( 9 ) and controllable recycling means ( 11 . 12 ; 13 . 14 Optionally, the recirculation or non-recirculation of exhaust gas from the exhaust stream into a combustion chamber (FIG. 2 ) of the internal combustion engine, and a control unit ( 10 ) for controlling the return means ( 11 . 12 ; 13 . 14 ), wherein the internal combustion engine unit has a load range (H), in which the control unit ( 10 ) the return means ( 11 . 12 ; 13 . 14 ) in order to recirculate exhaust gas and in the absence of the return to the overheating of the catalyst ( 9 ), characterized in that the control unit ( 10 ) is arranged to set the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio so that the temperature of the catalyst ( 9 ) is substantially uniform for all load values of the load range (H). Verbrennungsmotoraggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) eingerichtet ist, Einstellmittel (16) zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anzusteuern und sie wenigstens in einem ersten Teilintervall (H1) des Lastbereichs so ansteuert, dass eine Verbrennung mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet.Internal combustion engine unit according to claim 9, characterized in that the control unit ( 10 ), setting means ( 16 ) to the Adjusting an air-fuel ratio to control and at least in a first sub-interval (H1) of the load range so that the combustion takes place with a stoichiometric air-fuel ratio. Verbrennungsmotoraggregat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die Einstellmittel (16) in einem zweiten Teilintervall (H2) des Lastbereichs so ansteuert, dass eine Verbrennung mit angefettetem Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet.Combustion engine assembly according to claim 10, characterized in that the control unit the adjustment means ( 16 ) in a second subinterval (H2) of the load range so that combustion takes place with enriched air-fuel ratio. Verbrennungsmotoraggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Teilintervall (H2) mit steigender Last die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abnehmen.Internal combustion engine assembly according to claim 11, characterized in that in the second subinterval (H2) with increasing load, the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio decrease. Verbrennungsmotoraggregat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für Lastwerte im zweiten Teilintervall (H2) die Menge an rückgeführtem Abgas und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so festgelegt sind, dass ein minimaler Kraftstoffverbrauch resultiert.Combustion engine assembly according to claim 11 or 12, characterized in that for load values in the second sub-interval (H2), the amount of recirculated exhaust gas and the air-fuel ratio are set so that a minimum fuel consumption results. Verbrennungsmotoraggregat nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (11, 12) bezogen auf den Verbrennungsmotor (1) extern angeordnet sind.Internal combustion engine unit according to one of claims 9 to 13, characterized in that the return means ( 11 . 12 ) relative to the internal combustion engine ( 1 ) are arranged externally. Verbrennungsmotoraggregat nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (13, 14) bezogen auf den Verbrennungsmotor intern angeordnet sind.Internal combustion engine unit according to one of claims 9 to 13, characterized in that the return means ( 13 . 14 ) are arranged internally relative to the internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4277933B1 (en) * 2008-06-11 2009-06-10 トヨタ自動車株式会社 INTERNAL COMBUSTION ENGINE DEVICE, ITS CONTROL METHOD, AND VEHICLE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4328085A1 (en) * 1992-08-28 1994-03-03 Fuji Heavy Ind Ltd Exhaust gas recirculation system
DE19858990A1 (en) * 1998-12-21 2000-06-29 Volkswagen Ag NOx storage catalytic converter
DE19928824A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Bosch Gmbh Robert Internal combustion engine operating method involves determining demand value for inert gas component in exhaust gas fed back into combustion chamber via internal, external routes
DE10043687A1 (en) * 2000-09-04 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Coordination of various exhaust gas temperature requirements and appropriate heating or cooling measures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4328085A1 (en) * 1992-08-28 1994-03-03 Fuji Heavy Ind Ltd Exhaust gas recirculation system
DE19858990A1 (en) * 1998-12-21 2000-06-29 Volkswagen Ag NOx storage catalytic converter
DE19928824A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Bosch Gmbh Robert Internal combustion engine operating method involves determining demand value for inert gas component in exhaust gas fed back into combustion chamber via internal, external routes
DE10043687A1 (en) * 2000-09-04 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Coordination of various exhaust gas temperature requirements and appropriate heating or cooling measures

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