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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden
Einspritzbrennkraftmaschine der ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem
Partikelfilter und einem Stickoxidverminderungskatalysator zugeordnet
ist, mit mehreren Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils
vorgegebenen Werten für
vorgegebene Brennkraftmaschinenbetriebsparameter.
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Aus
der
DE 101 55 339
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei welchem mittels einer Heizbetriebseinstellung eine
rasche Erwärmung
insbesondere des Kühlmittels
erreicht wird, wodurch wiederum rasch ausreichend Wärme zur
Beheizung des Fahrgastraumes zur Verfügung steht. Das Verfahren umfasst
die Einstellung von Brennkraftmaschinenbetriebsparametern, die größtenteils
eine Verschlechterung des thermodynamischen Wirkungsgrads und damit
eine vergleichsweise hohe Wärmefreisetzung
zur Folge haben. Bei den ergriffenen Maßnahmen bleiben jedoch Aspekte
bezüglich
des Schadstoffausstoßes
und des Kraftstoffverbrauch unberücksichtigt.
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In
der
DE 103 23 245
A1 wird zur Steigerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine ebenfalls
eine Betriebseinstellung mit einem schlechten thermodynamischen
Wirkungsgrad vorgeschlagen. Die damit verbundenen vorgeschlagenen
Maßnahmen
zielen insbesondere auf eine Erwärmung
eines im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Oxidationskatalysators
ab, so dass dieser Schadstoffe besser umsetzen kann. Dabei bleiben den
Kraftstoffverbrauch betreffende Aspekte ebenfalls weitgehend unbeachtet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden
Einspritzbrennkraftmaschine anzugeben, welches einerseits einen
geringen Schadstoffausstoß,
andererseits jedoch auch einen geringen Kraftstoffverbrauch ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine
ist hinsichtlich des Schadstoffausstoßes insbesondere auf eine niedrige
Partikelemission und eine niedrige Stickoxidemission abgestellt.
Hierzu ist für
die Brennkraftmaschine ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem
Partikelfilter und einem Stickoxidverminderungskatalysator vorgesehen.
Um einerseits einen optimalen Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems
und andererseits einen niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erzielen,
sind mehrere Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils
vorgegebenen Werten für
vorgegebene Brennkraftmaschinenbetriebsparameter vorgesehen. Bei einem
Warmlauf der Brennkraftmaschine wird eine Heizbetriebseinstellung
und im warmgelaufenen Zustand, d.h. nach erfolgtem Warmlauf, eine
Basisbetriebseinstellung eingestellt. Die Heizbetriebseinstellung
gewährleistet,
dass im Abgasnachbehandlungssystem vorhandene katalytische Abgasreinigungskomponenten,
insbesondere der Stickoxidverminderungskatalysator rasch ihre Betriebstemperatur
erreichen. Dabei ist die Basisbetriebseinstellung im Vergleich zur
Heizbetriebseinstellung verbrauchsgünstiger ausgelegt. Ein Übergang
von der Heizbetriebseinstellung zur Basisbetriebseinstellung wird
bei Überschreiten
eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem vorgenommen.
Vorzugsweise kennzeichnet das Überschreiten
des ersten Temperaturschwellenwerts eine Betriebsbereitschaft eines
Abgaskatalysators, insbesondere des Stickoxidverminderungskatalysators.
Durch diese Vorgehensweise wird die hinsichtlich der Schadstoffemission
kritische Warmlaufphase verkürzt
und somit die Summe der in der Warmlaufphase erzeugten Schadstoffe
gering gehalten. Andererseits ist gewährleistet, dass die verbrauchsungünstige Heizbetriebseinstellung
nicht länger
als nötig
aufrechterhalten bleibt, wodurch der durch die Heizbetriebseinstellung
verursachte Mehrverbrauch minimiert wird.
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Erfindungsgemäß ist im
warmgelaufenen Zustand zusätzlich
zur Basisbetriebseinstellung wenigstens eine weitere, insbesondere
eine dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung
erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen.
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Eine
im Sinn der Erfindung zu verstehende Betriebseinstellung der Brennkraftmaschine
ist durch einen Satz von Brennkraftmaschinenbetriebsparametern charakterisiert,
welche den Verlauf der Kraftstoffverbrennung in einem bzw. den Brennräumen der
Brennkraftmaschine bestimmen, wobei die besagten Brennkraftmaschinenbetriebsparameter
weitgehend und/oder überwiegend
unabhängig
vom Last-Drehzahlzustand der Brennkraftmaschine einstellbar sind.
Die hinsichtlich des Brennverlaufs maßgebenden Brennkraftmaschinenbetriebsparameter betreffen
dabei sowohl die Luft- bzw. Gaszufuhr als auch die Kraftstoffzufuhr
zu den Brennräumen.
Im Einzelnen umfassen die für
eine Betriebseinstellung maßgeblichen
Brennkraftmaschinenbetriebsparameter den Umfang einer Abgasrückführung, den
Umfang einer Kühlung
des rückgeführten Abgases und/oder
der Ladeluft einer Aufladeeinheit sowie deren Ladeluftdruck, und
die Steuerung von Luftbewegungen im Brennraum, insbesondere hinsichtlich
einer Turbulenz in Form eines Dralls, ferner Anzahl, Beginn und
Dauer von Kraftstoffeinspritzvorgängen sowie den dabei eingestellten
Kraftstoffeinspritzdruck. Weiter sind Steuerzeiten und/oder Hub
von den Gaswechsel bestimmenden Ventilen sowie das Kompressionsverhältnis davon
umfasst. Die hierfür erforderlichen
Bauteile und Steller, soweit erforderlich, sind dabei als Bestandteil
der Brennkraftmaschine anzusehen.
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Was
das Abgasnachbehandlungssystem anbelangt, so kann als Partikelfilter
prinzipiell jedes zur Entfernung von partikelförmigen Abgasbestandteilen geeignete
Bauteil eingesetzt werden. Beispielsweise können so genannte Wall-flow-Filter,
Sintermetallfilter, Tiefenfilter oder so genannte offene Filtersysteme eingesetzt
werden, wobei eine katalytische Beschichtung vorteilhaft ist. Als
Stickoxidverminderungskatalysator kommt insbesondere ein so genannter
SCR-Katalysator auf Vanadiumpentoxid- und/oder Edelmetallbasis in
Betracht. Es können
jedoch auch ein Stickoxidspeicherkatalysator und/oder nicht oder
weniger selektive Denox-Katalysatoren eingesetzt werden. Vorzugsweise
umfasst das Abgasnachbehandlungssystem weitere katalytische Reinigungseinheiten.
Besonders bevorzugt ist ein Oxidationskatalysator, vorzugsweise
in motornaher Position.
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Als
Warmlauf im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Betriebsphase
nach einem Start der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer
eine Aufwärmung
charakterisierenden Bauteil- und/oder Betriebsmitteltemperatur verstanden.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Temperaturschwellenwert
im Abgasnachbehandlungssystem.
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Bei
der erfindungsgemäßen dritten
Betriebseinstellung werden die für
die Basisbetreibseinstellung vorzugsweise vorgesehenen relativ hohen
Abgasrückführraten
von etwa 50 % bis 60 um etwa 10 % bis 40 % verringert, so dass bei
der dritten Betriebseinstellung Abgasrückführraten von etwa 10 % bis 45
bevorzugt sind.
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Die
dritte Betriebseinstellung kann dabei hinsichtlich einer weiteren
Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ausgelegt sein. Hierzu werden
vorzugsweise neben der Verminderung der Abgasrückführrate auf etwa 25 % ein oder
mehrere weitere Brennkraftmaschinenbetriebsparameter, wie beispielsweise
der Beginn einer Kraftstoffhaupteinspritzung und/oder der Kraftstoffeinspritzdruck
entsprechend angepasst. Typischerweise wird ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung
früherer
Beginn der Kraftstoffhaupteinspritzung eingestellt. Insbesondere
bei einer verbrauchsoptimal ausgelegten dritten Betriebseinstellung
ist es vorteilhaft, wenn gegenüber der
weniger verbrauchsgünstigen
Basisbetriebseinstellung der Einspritzdruck um etwa 50 bar bis 500 bar
angehoben wird. Eine damit einhergehende eventuelle Verschlechterung
der motorischen Rohemission schlägt
infolge des dann voll funktionsfähigen
Abgasnachbehandlungssystems nicht auf die Gesamtemission (Endrohr-Emission)
durch.
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Die
dritte Betriebseinstellung kann jedoch auch hinsichtlich einer Abgaserwärmung ausgelegt sein.
Auch bei dieser Auslegung werden vorzugsweise neben der Verminderung
der Abgasrückführrate, in
diesem Fall um etwa 10 %, ein oder mehrere weitere Brennkraftmaschinenbetriebsparameter
gegenüber
der Basisbetriebseinstellung angepasst. Bei dieser Auslegung kann
mit der dritten Betriebseinstellung eine beispielsweise aufgrund
ungünstiger Fahrzustände drohende
oder eingetretene Abkühlung
von Abgasreinigungskomponenten vermieden oder beseitigt werden,
so dass deren Funktionsfähigkeit
nicht beeinträchtigt
wird. Vorzugsweise wird eine Abgasrückführrate von etwa 45 % bis 55
% und damit eine nur wenig kleinere Abgasrückführrate als bei der Basisbetriebseinstellung
eingestellt. Zusätzlich
ist es für
einen Wärmeeintrag
ins Abgas vorteilhaft, eine späte
Kraftstoffnacheinspritzung mit einem Spritzbeginn bei etwa 60 °KWnOT bis
160 °KWnOT
(Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt) zuzuschalten, wohingegen
für die
Basisbetriebseinstellung vorzugsweise keine Nacheinspritzung vorgesehen
ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die Brennkraftmaschine zumindest
bei einer der im warmgelaufenen Zustand eingestellten Brennverfahren
mit einem Verdichtungsverhältnis
von weniger als 19:1 betrieben. Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine
bei einem Verdichtungsverhältnis
von weniger als 18:1 und besonders bevorzugt mit weniger als 17:1
betrieben. Das Verdichtungsverhältnis
kann dabei variabel sein, vorzugsweise ist es jedoch aufgrund der
Geometrien fest vorgegeben und für
alle Zylinder der Brennkraftmaschine gleich groß. Infolge des für eine luftverdichtende
Brennkraftmaschine vergleichsweise geringen Verdichtungsverhältnisses kann
die Brennkraftmaschine mit besonders niedriger Stickoxid-Rohemission
betrieben werden. Der Stickoxidverminderungskatalysator kann daher
besonders effektiv arbeiten, so dass entsprechend niedrige Stickoxid-Emissionswerte
für die
Endrohremission ermöglicht
sind. Gegebenenfalls kann der Stickoxidverminderungskatalysator
auch kleiner und damit kostengünstiger
als bei mit höherem
Verdichtungsverhältnis
betriebenen Brennkraftmaschinen ausfallen. Ein kleinerer Stickoxidverminderungskatalysator
zeigt zudem ein verbessertes Aufwärmverhalten und erleichtert
die Unterbringung im Abgassystem. Der Stickoxidverminderungskatalysator
weist dann vorzugsweise ein Katalysatorvolumen auf, das weniger
als das dreifache, besonders bevorzugt weni ger als das zweifache
des Brennkraftmaschinenhubraums beträgt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Temperaturschwellenwert
ein Temperaturwert, der ein Einsetzen der Wirksamkeit des Stickoxidverminderungskatalysators
charakterisiert und dem Brennkraftmaschinenabgas wird im warmgelaufenen
Zustand ein Zuschlagstoff zur Stickoxidverminderung stromauf des
Stickoxidverminderungskatalysator zugesetzt. Vorzugsweise wird eine
Temperatur im Katalysatorbett oder eingangsseitig des Stickoxidverminderungskatalysators
erfasst und mit einem abgespeicherten jeweiligen Referenzwert verglichen, der
mit der so genannten Anspringtemperatur des Stickoxidverminderungskatalysators
korreliert oder ihr entspricht. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der
abgespeicherte Referenzwert entsprechend einem Alterungszustand
des Stickoxidverminderungskatalysators laufend oder von Zeit zu
Zeit angepasst wird. Wird der Referenzwert überschritten, wird das Brennverfahren
umgestellt und ein Freigabesignal für die Zufuhr des Zuschlagstoffs
gesetzt und gegebenenfalls sofort mit der Zufuhr begonnen. Vorzugsweise
ist der Stickoxidverminderungskatalysator als SCR-Katalysator ausgeführt und
der Zuschlagstoff ist Ammoniak, Harnstoff oder ein anderer, zur
Freisetzung von Ammoniak befähigter
Stoff.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei aktiver Heizbetriebseinstellung
bei Überschreiten eines
vorgebbaren zweiten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem
eine Zuschaltung einer separaten Kraftstoffnacheinspritzung vorgenommen.
Vorzugsweise bleiben die anderen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter
der Heizbetriebseinstellung unverändert. Damit handelt es sich um
eine Variante einer Heizbetriebseinstellung mit einer zusätzlichen
Kraftstoffnacheinspritzung. Vorzugsweise ist die zugeschal tete Kraftstoffnacheinspritzung
als späte,
nichtmitbrennende Kraftstoffnacheinspritzung mit einem Spritzbeginn
von etwa 140 °KWnOT
ausgelegt. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt somit
unmittelbar nach einem Brennkraftmaschinenstart bei aktiver Heizbetriebseinstellung
zunächst
ein Brennkraftmaschinenbetrieb ohne späte Nacheinspritzung. Diese
wird erst mit Überschreiten
des zweiten Temperaturschwellenwerts zugeschaltet. Dabei ist es
vorteilhaft, wenn bereits unmittelbar nach dem Brennkraftmaschinenstart eine
frühe,
angelagerte und mitbrennende Nacheinspritzung durchgeführt wird,
welche auch nach Zuschaltung der späten Nacheinspritzung aufrechterhalten
wird. Bei Zuschalten der späten
Nacheinspritzung ist bereits eine gewisse Aufwärmung erfolgt, so dass eine
Ablagerung von gegebenenfalls durch die Nacheinspritzung ins Abgas
eingetragenen kondensierbaren Bestandteilen bzw. eine erhöhte HC-Endrohremission
vermieden wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Temperaturschwellenwert
ein Temperaturwert, der ein Einsetzen der Wirksamkeit eines dem Partikelfilter
vorgeschalteten Oxidationskatalysators charakterisiert. Vorzugsweise
wird eine Temperatur im Katalysatorbett und/oder eingangsseitig
des Oxidationskatalysators erfasst und mit einem abgespeicherten
jeweiligen Referenzwert verglichen, der mit der Anspringtemperatur
des Oxidationskatalysators korreliert oder ihr entspricht. Somit
können
die mit der Zuschaltung einer späten
Nacheinspritzung bei aktiver Heizbetriebseinstellung ins Abgas eingebrachten unverbrannten
Bestandteile am Oxidationskatalysator umgesetzt werden. Dadurch
steigt der Wärmeeintrag
ins Abgas, so dass auch weiter motorfern angeordnete Abgasreinigungseinheiten
rasch aufgeheizt werden. Um einen Umsatz von unverbrannten Abgasbestandteilen
am Oxidationskatalysator über
die Laufzeit sicherzustellen, kann es vorgesehen sein, dass der
abgespeicherte Referenzwert entsprechend einem Alterungszustand
des Oxidationsskatalysators laufend oder von Zeit zu Zeit angepasst
wird. Wird der Referenzwert überschritten,
wird die späte
Kraftstoffnacheinspritzung zugeschaltet.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst bei aktiver Heizbetriebseinstellung
oder Basisbetriebseinstellung die Kraftstoffeinspritzung wenigstens
eine separate Voreinspritzung. Eine der Haupteinspritzung zeitlich
vorgelagerte separate Voreinspritzung gewährleistet eine stabile Verbrennung. Dies
ist sowohl mit Blick auf die bei der Heizbetriebseinstellung durchgeführte späte Nacheinspritzung, als
auch mit Blick auf ein niedriges Kompressionsverhältnis vorteilhaft.
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Eine
weitere Stabilisierung der Verbrennung wird erzielt, wenn in weiterer
Ausgestaltung des Verfahrens wenigstens bei aktiver Basisbetriebseinstellung
eine doppelte Kraftstoffvoreinspritzung vorgenommen wird.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei aktiver Heizbetriebseinstellung
ein gegenüber
der Basisbetriebseinstellung verminderter Kraftstoffeinspritzdruck
eingestellt. Diese Maßnahme
ermöglicht
einen weiter erhöhten
Wärmeeintrag
ins Abgas und damit eine nochmals gesteigerte Aufwärmgeschwindigkeit
des Abgasnachbehandlungssystems bei gleichzeitig verminderter NOx-Rohemission.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei aktiver dritter Betriebseinstellung
ein gegenüber
der Basisbetriebseinstellung erhöhter
Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt. Dadurch kann eine verbesserte
Verbrennung in den Brennräumen
erzielt werden. Die Erhöhung
gegenüber
der Basisbetriebseinstellung beträgt typischerweise zwischen
50 bar und 500 bar. Bei Volllast und erhöhten Drehzahlen wird somit
typischer weise der für
das Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehene Nenneinspritzdruck erreicht.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist im warmgelaufenen Zustand
zusätzlich
eine weitere, vierte Betriebseinstellung vorgesehen, wobei bei einem Übergang
von der Basisbetriebseinstellung oder von der dritten Betriebseinstellung
in die vierte Betriebseinstellung eine späte Kraftstoffnacheinspritzung
zugeschaltet wird und/oder die Abgasrückführrate vermindert wird. Die
dritte Betriebseinstellung ist dabei verbrauchsoptimiert ausgelegt,
während
die vierte Betriebseinstellung eine Aufwärmung des Abgases ermöglicht.
Vorzugsweise bleiben abgesehen von der zugeschalteten Kraftstoffnacheinspritzung bzw.
der verminderten Abgasrückführrate die
anderen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter der Basisbetriebseinstellung
unverändert
bestehen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist zumindest bei einer der
im warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine
zumindest zeitweise Einlasskanalabschaltung vorgesehen. Vorzugsweise
wird diese Maßnahme
in einem Niedriglastbereich mit weniger als etwa 50 % der Nennlast durchgeführt. Bei
vergleichsweise niedrigen Drehzahlen kann jedoch die Einlasskanalabschaltung auch
im gesamten Lastbereich vorgesehen sein. Vorzugsweise handelt es
sich bei dem abgeschalteten Einlasskanal um einen so genannten Füllungskanal und
bei dem nicht abgeschalteten Einlasskanal um einen so genannten
Drallkanal. Durch die Abschaltung des Füllungskanals wird ein erhöhter Drall
der Gaszufuhr und damit eine bessere Verbrennung, ein geringere
Partikelemission und ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch erreicht.
Die Abschaltung eines Einlasskanals wird vorzugsweise mit abnehmender
Last kontinuierlich vorgenommen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist zumindest bei einer der
im warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine
zumindest zeitweise Beheizung einer einem Brennraum der Brennkraftmaschine
zugeordneten Glühkerze
vorgesehen. Diese Maßnahme
wird vorzugsweise ebenfalls in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine und/oder
bei niedriger Außentemperatur
vorgenommen. Dadurch ist ein sicheres Entzünden des eingespritzten Kraftstoffs
und damit eine niedrige HC-Rohemission und ein niedriger Kraftstoffverbrauch
gewährleistet.
Dies ist insbesondere in Verbindung mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis vorteilhaft.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden
nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und
nachfolgend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform
einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
bevorzugte Ausführungsform
für ein
Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein
schematisches Zustandsdiagramm für
einen bevorzugten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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4 ein
Zeitdiagramm mit beispielhaften Temperaturverläufen bei verschiedenen Betriebseinstellungen
zusammen mit einer zugehörigen
Fahrkurve.
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1 zeigt
schematisch eine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehene Brennkraftmaschine 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug
unter besonderer Berücksichtigung
der Gasführung.
Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt als direkteinspritzende,
luftverdichtende Brennkraftmaschine mit niedriger Verdichtung ausgeführt. Ein zugeordnetes
nicht dargestelltes Einspritzsystem ist vorzugsweise als so genanntes
Common-Rail-System mit einstellbarem Raildruck bzw. Kraftstoffeinspritzdruck
ausgeführt.
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Die
Brennkraftmaschine 1 weist mehrere hier auf zwei Zylinderbänke 2, 3 aufgeteilte
Zylinder Z mit jeweils einem Brennraum mit zwei Einlassventilen,
zwei Auslassventilen, einer Glühkerze
und einem Kraftstoffinjektor auf, was im Einzelnen nicht näher dargestellt
ist. Jedem Zylinder Z sind ein erster Einlasskanal 4 und
ein zweiter Einlasskanal 5 zugeordnet, über welche dem jeweiligen Zylinder
Z Verbrennungsluft zugeführt
werden kann. Dabei sind die entsprechenden Bauteile der Übersichtlichkeit
halber nur beim ersten Zylinder Z mit den zugehörigen Bezugszeichen versehen.
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Die
Einlasskanäle 4, 5 sind
an einen für
die Zylinder Z der Brennkraftmaschine 1 gemeinsamen Luftzufuhrkanal 6 angeschlossen,
wobei der Öffnungsquerschnitt
eines jeweiligen ersten Einlasskanals 4 von einer für alle Zylinder
Z gemeinsamen Einlasskanalabschaltung 7 kontinuierlich
zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verändert werden
kann. Hierfür
ist bevorzugt eine verstellbare Klappe vorgesehen. Vorzugsweise
ist der jeweils erste Einlasskanal 4 als so genannter Füllungskanal
und der zweite Einlasskanal 5 als so genannter Drallkanal ausgebildet.
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Die
Brennkraftmaschine 1 erhält ihre Verbrennungsluft über eine
erste Luftzufuhrleitung 8 und eine zweite Luftzufuhrleitung 9,
in der jeweils ein Luftmassenmesser 10 angeordnet ist.
Die Verbrennungsluft der Luftzufuhrleitungen 8, 9 wird über jeweilige
Abgasturbolader 11, 12 verdichtet und einem Ladeluftkühler 13 zur
Kühlung
der verdichteten Verbrennungsluft zugeführt. Austrittsseitig ist der
Ladeluftkühler 13 über eine
dritte Luftzufuhrleitung 14 mit dem Luftzufuhrkanal 6 verbunden,
wobei in der dritten Luftzufuhrleitung 14 eine Drosselklappe 15 angeordnet
ist.
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In
den Brennräumen
der Zylinder Z erzeugtes Abgas wird über den Zylinderbänken 2, 3 zugeordnete
Abgasleitungen 16, 17 abgeleitet. Dabei kann der
Verbrennungsluft über
Abgasrückführleitungen 18, 19 Abgas
beigemischt und somit zur Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt werden.
Der Anteil des rückgeführten Abgases
(AGR-Rate) kann über AGR-Ventile 20, 21 in
den Abgasrückführleitungen 18, 19 sowie über die
Drosselklappe 15 eingestellt werden. Vorzugsweise wird
das zur Brennkraftmaschine 1 rückführte Abgas mittels eines AGR-Kühlers 22 temperiert,
der AGR-Kühler 22 kann
jedoch auch in nicht näher
dargestellter Weise umgangen werden. Der Verbrennungsluft kann somit
wahlweise gekühltes
oder heißes
Abgas zugemischt werden. Nicht rückgeführtes Abgas
wird über
die Abgasturbolader 11, 12 einem Abgasnachbehandlungssystem
zugeführt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Abgasnachbehandlungssystems
ist schematisch in Blockform in 2 dargestellt.
Das Abgasnachbehandlungssystem A umfasst in Strömungsrichtung des Abgases gesehen
in dieser Reihenfolge einen Oxidationskatalysator 23, einen
Partikelfilter 24, einen SCR-Katalysator 25 und
einen Nachschalldämpfer 26.
Die genannten Bauteile sind in einer Abgasleitung 27 angeordnet,
wobei der Oxidationskatalysator 23 vorzugsweise brennkraftmaschinennah
verbaut ist, während der
SCR-Katalysator 25 in Unterbodenlage in Bezug auf das zugehörige Kraftfahrzeug
angeordnet ist. Zur Dosierung von Ammoniak oder eines zur Freisetzung von
Ammoniak befähigten Reduktionsmittels
ist ein Reduktionsmitteldosiersystem 32 vorgesehen. Das Reduktionsmittel
ist einer Zugabedüse 33 zuführbar, von
welcher es fein verteilt stromauf des SCR-Katalysators 25 dem Abgas zugesetzt
wird.
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Die
Abgasleitung 27 kann sich brennkraftmaschinenseitig an
jeweils einen der Abgasturbolader 11, 12 anschließen. In
diesem Fall ist das Abgasnachbehandlungssystem A doppelt vorhanden.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Abgasleitungen 16, 17 hinter
den Abgasturboladern 11, 12 zusammengeführt sind
und die Abgasströme
somit gemeinsam der Abgasleitung 27 zugeführt werden. In
diesem Fall ist das Abgasnachbehandlungssystem A nur in einfacher
Ausführung
vorhanden.
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Im
Abgasnachbehandlungssystem A sind Temperaturfühler 28, 29, 30, 31 vorgesehen,
mit welchen die Temperaturen vor dem Oxidationskatalysator 23,
vor dem Partikelfilter 24, vor dem SCR-Katalysator 30 sowie
im SCR-Katalysatorbett erfasst werden können. Daneben können weitere
in den 1, 2 nicht dargestellte Sensoren
und Fühler
insbesondere für
Drücke
und Temperaturen in den dem Abgasnachbehandlungssystem A und der
Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Leitungen und Bauteilen
vorgesehen sein.
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Um
die Brennkraftmaschine 1 optimal betreiben zu können, ist
eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, welche einerseits Informationen über maßgebliche
Zustandsgrößen wie
z.B. Temperaturen, Drücke
von den entsprechenden Sensoren bzw. Fühlern erhält und andererseits Steuersignale
als Einstellgrößen an Aktuatoren
wie z.B. die AGR-Ventile 20, 21 oder die Einlasskanalabschaltung 7 ausgeben
kann. Insbesondere ist die Steuereinheit in der Lage, die Kraftstoffinjektoren
zur Durchführung
von Mehrfacheinspritzungen anzusteuern und den Kraftstoffeinspritzdruck
bedarfsgerecht einzustellen.
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Zur
Ermittlung der Einstellgrößen kann
die Steuereinheit auf abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungsroutinen
zurückgreifen.
Dabei sind die Steuereinheit sowie die zugehörigen Eingänge und Ausgänge nicht
dargestellt. Die Steuereinheit ist somit in der Lage, die maßgeblichen
Betriebsparameter auf der Gaszufuhrseite als auch hinsichtlich der
Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit
von den erfassten Zustandsgrößen einzustellen
und damit den Verbrennungsablauf in den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 gezielt
und bedarfsgerecht zu beeinflussen.
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Erfindungsgemäß sind für einen
schadstoffarmen und sparsamen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 verschiedene
Betriebseinstellungen vorgesehen, wobei ein Satz von zu einer bestimmten
Betriebseinstellung gehörenden
vorgegebenen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter mit jeweils vorgegebenen
Werten einem bestimmten, der jeweiligen Betriebseinstellung zugeordnetem
Brennverfahren entspricht. Werden die zu einer jeweiligen Betriebseinstellung
gehörenden
vorgegebene Werte für
die vorgegebenen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter eingestellt,
so wird das entsprechende Brennverfahren aktiv. Eine Umstellung
von einem Brennverfahren auf ein anderes, d.h. von einer Betriebseinstellung
in eine andere, wird bei Vorliegen vorgebbarer Umschaltkriterien
vorgenommen. Diese Umschaltkriterien betreffen im Wesentlichen das Überschreiten
bzw. Unterschreiten von vorgebbaren Temperaturschwellenwerten von
Bauteil- oder Betriebsmitteltemperaturen. Nachfolgend wird eine
besonders bevorzugte Vorgehensweise anhand eines in 3 dargestellten
Zustandsdiagramms erläutert.
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In 3 bezeichnen
BV1, BV1a, BV2, BV3, BV4 verschiedene Betriebseinstellungen bzw.
Brennverfahren und die Übergänge von
einem Brennverfahren auf ein anderes erfolgen gemäß den eingezeichneten
Pfeilen. Dabei sind die für
einen Übergang
maßgeblichen
Umschaltkriterien mit T1, T2, T3, T4 bezeichnet und vorzugsweise
durch entsprechende Temperaturschwellenwerte bestimmt. Dementsprechend
wird die Brennkraftmaschine 1 wie folgt betrieben.
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Bei
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 wird zunächst eine
erste Heizbetriebseinstellung bzw. ein erstes Heizbrennverfahren
BV1 eingestellt, das zur raschen Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems
A ausgelegt ist. Dabei wird unter einem Kaltstart das Vorliegen
eines abgekühlten
Abgasnachbehandlungssystems A und/oder eines abgekühlten Kühlmittels
bei einem Start der Brennkraftmaschine 1 verstanden. Typischerweise
liegen dabei im Abgasnachbehandlungssystem A und insbesondere stromauf
des Partikelfilters 24 Temperaturen unterhalb etwa 180°C vor und
das Kühlmittel
ist auf Temperaturen unterhalb von etwa 50°C abgesunken. Bei aktivem ersten
Heizbrennverfahren BV1 steigen diese Temperaturen rasch an und es
wird bei Vorliegen eines ersten Umschaltkriteriums T2 mit BV1a eine
zweite Heizbetriebseinstellung (zweites Heizbrennverfahren) als
eine Variante des ersten Heizbrennverfahrens BV1 eingestellt. Bei
Vorliegen eines zweiten Umschaltkriteriums T1 ist ein warmgelaufener
Zustand erreicht und es wird auf eine Basisbetriebseinstellung (Basisbrennverfahren)
BV2 übergegangen,
welche gegenüber
den Heizbrennverfahren BV1, BV1a deutlich kraftstoffsparender ausgelegt
ist, jedoch eine weitere leichte Erwärmung des Abgasnachbehandlungssystems
A ermöglicht.
Das Vorliegen eines dritten Umschaltkriteriums T3 kennzeichnet einen
voll funktionsfähigen
Zustand des Abgasnachbehandlungssystems A und bewirkt einen Übergang
in ein drittes Brennverfahren BV3 mit dritten Betriebseinstellungen,
wobei BV3 hinsichtlich einer Verbrauchsoptimierung ausgelegt ist.
Tritt aufgrund ungünstiger
Fahrbedingungen ausgehend vom Basisbrennverfahren BV2 oder vom dritten
Brennverfahren BV3 eine Abkühlung
im Abgasnachbehandlungssystem A derart ein, dass vorgebbare Reinigungskennzahlen
wie beispielsweise eine Schadstoffumsetzung unterschritten werden,
so liegt ein viertes Umschaltkriterium T4 vor. In diesem Fall erfolgt
ein Übergang
auf ein viertes Brennverfahren BV4 mit vierten Betriebseinstellungen,
wobei BV4 gegenüber dem
Basisbrennverfahren BV2 eine verstärkte Heizwirkung für das Abgasnachbehandlungssystem A
aufweist. Ist infolge der Einstellung des vierten Brennverfahrens
BV4 eine hinreichende Aufwärmung
erfolgt, so wird mit dem Vorliegen des zweiten Umschaltkriteriums
T1 wieder in das Basisbrennverfahren BV2 übergegangen.
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Nachfolgend
wird auf bevorzugte Auslegungen der einzelnen Umschaltkriterien
eingegangen.
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Das
für den Übergang
vom ersten Heizbrennverfahren BV1 auf das zweiten Heizbrennverfahren
BV1a maßgebende
erste Umschaltkriterium T2 liegt vorzugsweise vor, wenn der Oxidationskatalysator 23 ein
Mindestumsatzvermögen
hinsichtlich einer Oxidation von unverbrannten Abgasbestandteilen
aufweist, d.h. seine Anspringtemperatur überschritten hat. Dies ist
typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig des Partikelfilters 24 oder
eingangsseitig des Oxidationskatalysators 23 ein Temperaturschwellenwert
von etwa 180°C überschritten
wird, was mittels des Temperaturfühler 29 bzw. des Temperaturfühler 28 ermittelt
wird.
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Das
für den Übergang
vom zweiten Heizbrennverfahren BV1a auf das Basisbrennverfahren BV2
maßgebende
zweite Umschaltkriterium T1 liegt vorzugsweise dann vor, wenn der
SCR-Katalysator 25 ein Mindestumsatzvermögen hinsichtlich
eines Stickoxidumsatzes aufweist, d.h. seine Anspringtemperatur überschritten
hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig des SCR-Katalysators 25 oder
im SCR-Katalysatorbett ein Temperaturschwellenwert von etwa 220°C überschritten
wird, was mittels des Temperaturfühler 30 bzw. des Temperaturfühler 31 ermittelt
wird. In diesem Fall wird die Zugabe von Reduktionsmittel ins Abgasnachbehandlungssystem
A freigegeben. Gegebenenfalls wird das Reduktionsmitteldosiersystem 32 für eine sofortige
Dosierung des Reduktionsmittels entsprechend angesteuert.
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Das
für den Übergang
vom Basisbrennverfahren BV2 auf das dritte Brennverfahren BV3 maßgebende
dritte Umschaltkriterium T3 liegt vorzugsweise dann vor, wenn der
SCR-Katalysator 25 sein maximales Umsatzvermögen wenigstens
annähernd erreicht
hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig des SCR-Katalysators 25 oder
im SCR-Katalysatorbett ein Temperaturschwellenwert von etwa 250°C überschritten
wird, was mittels des Temperaturfühler 30 bzw. des Temperaturfühler 31 ermittelt
wird.
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Das
für den Übergang
vom Basisbrennverfahren BV2 oder vom dritten Brennverfahren BV3
auf das vierte Brennverfahren BV4 maßgebende vierte Umschaltkriterium
T4 liegt vorzugsweise dann vor, wenn der SCR-Katalysator 25 ein
vorgebbares Mindestumsatzvermögen
unterschritten hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig
des SCR-Katalysators 25 oder im SCR-Katalysatorbett ein
Temperaturschwellenwert von etwa 210°C unterschritten wird, was mittels
des Temperaturfühler 30 bzw.
des Temperaturfühler 31 ermittelt
wird. Dieser Temperaturschwellenwert liegt somit geringfügig unter
der dem als Umschaltkriterium T1 dienenden Temperaturschwellenwert.
Dadurch wird eine gewisse Hysterese geschaffen und ein zu häufiges Umschalten
insbesondere zwischen dem Basisbrennverfahren BV2 und dem vierten
Brennverfahren BV4 vermieden.
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Wie
erwähnt,
ist das vierte Brennverfahren BV4 für eine Erwärmung des Abgasnachbehandlungssystems
A ausgelegt. Ist diese ausreichend erfolgt, wird daher wie in 3 dargestellt
wieder das Basisbrennverfahren BV2 eingestellt. Hierfür ist vorzugsweise
das Vorliegen des bereits beim Zustandsübergang vom zweiten Heizbrennverfahren
BV1a zum Basisbrennverfahren BV2 erläuterten Umschaltkriteriums
T1 maßgebend.
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Nachfolgend
wird auf bevorzugte Ausgestaltungen der Betriebseinstellungen, d.h.
auf bevorzugte Auslegungen der einzelnen Brennverfahren eingegangen,
wobei das Basisbrennverfahren BV2 als Ausgangspunkt dient. Bei der
Erläuterung
der anderen Brennverfahren wird Bezug auf die im Basisbrennverfahren
BV2 eingestellten Brennkraftmaschinenbetriebsparameter genommen
und auf die wichtigsten Unterschiede eingegangen.
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Das
Basisbrennverfahren BV2 ist bevorzugt für eine niedrige Stickoxid-
(NOx-) Rohemission ausgelegt. Dies ermöglicht besonders niedrige NOx-Endrohremissionswerte
auch bei noch nicht optimal wirksamem SCR-Katalysator 25.
Hierfür
ist es vorteilhaft, eine vergleichsweise späte Lage des Verbrennungsschwerpunkts
einzustellen. Im Einzelnen sind folgende Kraftstoffeinspritzparameter
bevorzugt. Es ist eine Haupteinspritzung und wenigstens eine zeitlich
von der Haupteinspritzung abgesetzte Voreinspritzung vorgesehen.
Auf eine Nacheinspritzung wird verzichtet. Vorzugsweise wird ein
vergleichsweise später
Beginn der Haupteinspritzung eingestellt. Bei mittlerer Brennkraftmaschinenlast
und -Drehzahl sind etwa 2 °KWnOT
bis etwa 6 °KWnOT
typische Werte. Besonders bevorzugt ist dabei ein Haupteinspritzbeginn
bei etwa 4 °KWnOT.
Für die
wenigstens eine Voreinspritzung wird vorzugsweise ein Einspritzbeginn
zwischen 3 °KW
und 7 °KW
vor dem Einspritzbeginn der Haupteinspritzung eingestellt. Besonders
bevorzugt ist es, im Basisbrennverfahren BV2 zwei einzelne voneinander
und von der Haupteinspritzung abgesetzte Voreinspritzungen vorzusehen.
Um eine möglichst
niedrige NOx-Rohemission zu erzielen, ist es außerdem vorgesehen, die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Verbrennungsluft zumindest
bei Niedriglast und bei mittlerer Last vergleichsweise stark mit
Abgas anzureichern, d.h. vergleichsweise hohe Abgasrückführraten
(AGR-Raten) einzustellen. Dabei ist eine mit zunehmender Last, ausgehend
von etwa 65 % bei Niedriglast bis Null % bei Volllast, abnehmende
AGR-Rate vorgesehen. Dabei werden die rückgeführten Abgase über den AGR-Kühler geleitet,
d.h. es wird eine gekühlte
Abgasrückführung eingestellt.
Mit den eingestellten Betriebsparametern kann eine hinsichtlich
der NOx-Bildung optimale Verbrennung erreicht werden, welche jedoch
thermodynamisch nicht optimiert ist, so dass bei eingestelltem Basisbrennverfahren
BV2 eine gewisse Erwärmung
des Abgasnachbehandlungssystems A erfolgt.
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Demgegenüber ist
das dritte Brennverfahren BV3 hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs
optimiert. Im Vergleich zum Basisbrennverfahren BV2 wird ein früherer Haupteinspritzbeginn
eingestellt. Bevorzugt ist ein Haupteinspritzbeginn im Bereich des
oberen Totpunkts oder bei etwa 2 °KWvOT
für eine
mittlere Brennkraftmaschinenlast und -Drehzahl. Gleichzeitig wird
eine verminderte AGR-Rate eingestellt. Bevorzugt liegt diese im
dritten Brennverfahren BV3 bei etwa 25 %. Für eine aus thermodynamischer
Sicht verbesserte Verbrennung wird zudem gegenüber dem Basisbrennverfahren
BV2 bei vergleichbaren Lastpunkten der Kraftstoffeinspritzdruck
um 50 bar bis 500 bar erhöht.
Wobei, wie auch bei den anderen Brennverfahren, vorzugsweise ein
mit zunehmender Brennkraftmaschinenlast zunehmender Kraftstoffeinspritzdruck
eingestellt wird. Die weiteren Einstellungen bleiben gegenüber dem
Basisbrennverfahren BV2 vorzugsweise unverändert. Somit ist auch für das dritte
Brennverfahren BV3 vorzugsweise wenigstens eine separate Voreinspritzung
vorgesehen.
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Im
Gegensatz zum dritten Brennverfahren BV3 ist das vierte Brennverfahren
BV4 auf eine verstärkte
Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems A abgestellt. Dies wird
durch Zuschaltung einer späten
Nacheinspritzung erreicht, die vorzugsweise als nicht mitbrennende
Nacheinspritzung ausgeführt ist.
Bevorzugt wird ein Nacheinspritzbeginn im Bereich von 60 °KWnOT bis
160 °KWnOT
eingestellt. Besonders bevorzugt ist ein Nacheinspritzbeginn im Bereich
von 110 °KWnOT
bis 150 °KWnOT.
Der nacheingespritzte Kraftstoff wird dabei nicht mehr von der Verbrennung
im Brennraum erfasst und gelangt im Wesentlichen chemisch unverändert, jedoch in
verdampfter Form ins Abgas. Im Abgasnachbehandlungssystem kann eine
Nachverbrennung, beispielsweise am Oxidationskatalysator 23 stattfinden, wodurch
eine Aufwärmung
erzielt wird. Als zusätzliche
Maßnahme
wird eine gegenüber
dem Basisbrennverfahren BV2 leicht verminderte AGR-Rate von typischerweise
40 % bis 50 eingestellt. Die weiteren Einstellungen bleiben gegenüber dem
Basisbrennverfahren BV2 vorzugsweise unverändert. Somit ist auch für das vierte
Brennverfahren BV4 vorzugsweise wenigstens eine separate Voreinspritzung vorgesehen.
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Eine
gegenüber
dem vierten Brennverfahren BV4 gesteigerte Heizwirkung wird durch
das erste Heizbrennverfahren BV1 erzielt. Was die Kraftstoffeinspritzparameter
betrifft, so wird eine einzelne abgesetzten Voreinspritzung mit
einem Spritzbeginn von etwa 5 °KW
vor dem Beginn der Haupteinspritzung sowie ein im Vergleich zum
Basisbrennverfahren BV2 späterer
Haupteinspritzbeginn eingestellt. Bevorzugt ist ein Haupteinspritzbeginn
bei etwa 7 °KWnOT.
Außerdem
wird eine angelagerte oder mitbrennende Nacheinspritzung durchgeführt. Darunter
ist eine Nacheinspritzung mit einem Nacheinspritzbeginn unmittelbar
oder nur wenige Grad KW nach Beendigung der Haupteinspritzung zu
verstehen. Die nacheingespritzte Kraftstoffmenge wird daher von der
Verbrennung der Haupt einspritzung erfasst. Soweit die Verbrennung
drehmomentwirksam erfolgt, wird die Menge des bei der Haupteinspritzung
eingespritzten Kraftstoffs derart angepasst, dass das abgegebene
Drehmoment möglichst
unverändert
bleibt und somit Drehmomentschwankungen durch einen Wechsel ins
vierte Brennverfahren vermieden werden. Die Menge des nacheingespritzten
Kraftstoffs liegt dabei vorzugsweise in der Größenordnung der Kraftstoffmenge
der Haupteinspritzung. Vorzugsweise wird im ersten Heizbrennverfahren
BV1 zudem ein gegenüber
dem Basisbrennverfahren BV2 erniedrigter Einspritzdruck eingestellt.
Bevorzugt ist eine Einspritzdruckverminderung um etwa 30 bis 50
%. Die AGR-Rate wird vorzugsweise ähnlich wie beim vierten Brennverfahren
BV4 eingestellt. Dabei kann unmittelbar nach Beginn des Kaltstarts
eine ungekühlte Abgasrückführung vorgesehen
sein und nach Erreichen einer vorgebbaren Abgastemperatur vor dem Oxidationskatalysator 23 auf
eine gekühlte
Abgasrückführung umgeschalten
werden.
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Hat
der Oxidationskatalysator 23 seine Anspringtemperatur erreicht,
so wird zusätzlich
zu den Einstellungen des ersten Heizbrennverfahrens BV1 eine separate,
späte Kraftstoffnacheinspritzung
analog dem vierten Brennverfahren BV4 zugeschaltet. Die Zuschaltung
der Nacheinspritzung erfolgt typischerweise, wenn eingangs des Oxidationskatalysators 23 oder
eingangs des Partikelfilters 24 eine Temperatur von etwa
180°C überschritten
wird, was durch Einlesen der von den Temperaturfühlern 28, 29 gelieferten
Messwerte festgestellt wird. Durch eine Nachoxidation der mit der
Nacheinspritzung dem Abgas zugesetzten unverbrannten Kraftstoffbestandteilen
wird der Wärmeeintrag
ins Abgas nochmals gesteigert. Dadurch erreichen dem Oxidationskatalysator 23 nachgeordnete
Bauteile rasch ihre Betriebstemperatur. Ist dies der Fall, wird
zum Basisbrennverfahren BV2 gewechselt. Typischerweise erfolgt dies, wenn
vor dem SCR-Katalysator 25 oder in dessen Katalysatorbett
eine Temperatur von etwa 220°C überschritten
wird.
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Um
eine weiter gesteigerte Heizwirkung im ersten und/oder im zweiten
Heizbrennverfahren zu erzielen, kann eine zumindest zeitweise Beheizung von
den Brennräumen
der Brennkraftmaschine zugeordneten Glühkerzen vorgesehen sein. Diese
Maßnahme
ist insbesondere bei vergleichsweise kaltem Motor vorteilhaft und
wird vorzugsweise ergriffen, wenn die Temperatur des zur Brennkraftmaschinenkühlung eingesetzten
Kühlmittels
einen vorgebbaren Wert von beispielsweise 50°C unterschreitet. Eine Beheizung
der Glühkerzen
kann jedoch auch bei entsprechenden Fahrbedingungen bei aufgewärmter Brennkraftmaschine
vorgesehen sein. Beispielsweise kann zusätzlich zu den genannten Einstellungen im
Basisbrennverfahren BV2 und/oder im dritten Brennverfahren BV3 und/oder
im vierten Brennverfahren BV4 ein so genanntes Zwischenglühen mit
beheizten Glühkerzen
vorgesehen sein, wenn Fahrbedingungen vorliegen, bei denen die Brennkraftmaschine
abkühlt
oder abzukühlen
droht. Dies kann beispielsweise bei niedriger Teillast, insbesondere
in Verbindung mit niedrigen Außentemperaturen
der Fall sein.
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In 4 ist
in Diagrammform ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Abgasnachbehandlungssystem
A erzielter Temperaturverlauf im Vergleich mit einem Temperaturverlauf
bei durchgehend eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 zusammen mit
einer zugehörigen
Fahrkurve dargestellt. Dabei gibt die mit 36 bezeichnete
Fahrkurve die Fahrgeschwindigkeit v eines mit der Brennkraftmaschine 1 und
dem Abgasnachbehandlungssystem A gemäß den 1 und 2 ausgestatteten
Kraftfahrzeugs an. Die Spur 34 repräsentiert den Temperaturverlauf bei
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
mit Einstellung der unterschiedlichen Brennverfahren BV1, BV1a,
BV2, BV3 und BV4 gemäß der am
oberen Rand des Diagramms entsprechend bezeichneten Zeitabschnitte,
bei denen das jeweils angegebene Brennverfahren aktiv ist. Im Vergleich
hierzu repräsentiert
die gestrichelt dargestellte Spur 35 einen Temperaturverlauf,
wie er sich bei durchgehend eingestelltem Basisbrennverfahren BV2
ergibt. Dabei repräsentieren
die Spuren 34, 35 eine jeweils mit dem Temperaturfühler 30 eingangsseitig
des SCR-Katalysators 25 erfasste Abgastemperatur TSCR.
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Gemäß dem Verlauf
der Spur 34 steigt die Temperatur TSCR vor
dem SCR-Katalysator 25 ausgehend von einem Kaltstart (t0)
bei eingestelltem ersten Heizbrennverfahren BV1 mit kurzer Verzögerung rasch
an. Der Temperaturanstieg setzt sich nach dem Übergang in das Brennverfahren
BV1a zum Zeitpunkt t1 fort, obwohl gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit
v abnimmt. Zum einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt t2 wird daher
die Anspringtemperatur TA des SCR-Katalysators 25 erreicht
und es kann eine Dosierung von Harnstoff-Wasserlösung ins Abgas erfolgen. Somit
ist bereits zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt einerseits ein Übergang
zum verbrauchsgünstigen
Basisbrennverfahren BV2 als auch eine Stickoxidverminderung ermöglicht.
Bei aktivem Basisbrennverfahren BV2 steigt bei moderaten Fahrgeschwindigkeiten
v die Temperatur TSCR weiter an. Es kann
daher relativ rasch nach erfolgtem Kaltstart zum Zeitpunkt t3 zum
verbrauchsoptimierten Brennverfahren BV3 übergegangen werden. Bei den im
Zeitbereich zwischen t3 und t4 auftretenden niedrigen Fahrgeschwindigkeiten
v wird nur wenig Wärme
ins Abgas eingetragen, wodurch sich die Temperatur TSCR vermindert.
Ein Absinken der Temperatur des SCR-Katalysators 25 unter seine
Anspringtemperatur TA wird jedoch vermieden,
indem zum Zeitpunkt t4 zum Brennverfahren BV4 mit Heizwirkung übergegangen
wird. Dabei tritt trotz weiterhin niedriger Fahrgeschwindigkeit
v eine Temperaturerhöhung des SCR-Katalysators 25 auf,
so dass er wieder in den Bereich seiner optimalen Wirksamkeit gelangt.
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Demgegenüber kann
mit einem konstant eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 keine befriedigende
Erwärmung
des SCR-Katalysators 25 erzielt werden,
wie ein Vergleich mit dem Temperaturverlauf der Spur 35 zeigt.
Die Temperatur des SCR-Katalysators 25 überschreitet
lediglich für
kurze Zeit die Anspringtemperatur TA, weshalb
keine effektive Stickoxidverminderung erreicht werden kann. Hingegen
ist durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise
sowohl ein niedriger Kraftstoffverbrauch als auch ein niedriger
Schadstoffaustoß ermöglicht.
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Als
weitere Maßnahme
zur Verbesserung des Brennverlaufs kann vorgesehen sein, bei aufgewärmtem Zustand
im Teillastbereich eine Einlasskanalabschaltung vorzunehmen. Das
Ergreifen dieser Maßnahme
wird vorzugsweise an das Vorliegen einer Mindesttemperatur von beispielsweise
40°C des Kühlmittels
geknüpft.
Bei der Einlasskanalabschaltung wird mit abnehmender Brennkraftmaschinenlast der
Querschnitt jeweils eines Einlasskanals 4 der Zylinder
Z mittels einer Klappe zunehmend verringert. Vorzugsweise wird die
Einlasskanalabschaltung in einem Lastbereich unterhalb von etwa
50 % der Nennlast aktiviert. Durch diese Maßnahme wird der Drall der in
die Zylinder Z der Brennkraftmaschine 1 strömenden Verbrennungsluft
gesteigert und damit der Kraftstoffverbrauch und die Rohemission
erniedrigt.