DE102005045294A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine (1), der ein Abgasnachbehandlungssystem (A) mit einem Partikelfilter (24) und einen Stickoxidverminderungskatalysator (25) zugeordnet ist, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst mehrere Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraftmaschinenbetriebsparameter und beinhaltet eine bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine (1) eingestellte Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) und eine im warmgelaufenen Zustand eingestellte Basisbetriebseinstellung (BV2). Bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgassystem wird ein Übergang von der Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) zur Basisbetriebseinstellung (BV2) vorgenommen, wobei im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung (BV2) wenigstens eine weitere, insbesondere dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen ist.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
    •
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß ist im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung wenigstens eine weitere, insbesondere eine dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere Stabilisierung der Verbrennung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wenigstens bei aktiver Basisbetriebseinstellung eine doppelte Kraftstoffvoreinspritzung vorgenommen wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
    •
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine bevorzugte Ausführungsform für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 ein schematisches Zustandsdiagramm für einen bevorzugten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 4 ein Zeitdiagramm mit beispielhaften Temperaturverläufen bei verschiedenen Betriebseinstellungen zusammen mit einer zugehörigen Fahrkurve.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend wird auf bevorzugte Auslegungen der einzelnen Umschaltkriterien eingegangen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine (1) der ein Abgasnachbehandlungssystem (A) mit einem Partikelfilter (24) und einem Stickoxidverminderungskatalysator (25) zugeordnet ist, mit mehreren Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraftmaschinenbetriebsparameter, wobei – bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine (1) eine Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) und im warmgelaufenen Zustand eine Basisbetriebseinstellung (BV2) eingestellt wird, – ein Übergang von der Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) zur Basisbetriebseinstellung (BV2) bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem (A) vorgenommen wird und – im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung (BV2) wenigstens eine weitere, insbesondere dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest bei einer der im warmgelaufenem Zustand eingestellte Betriebseinstellungen mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als 19:1 betrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert ist, der ein Einsetzen der Wirksamkeit des Stickoxidverminderungskatalysators (25) charakterisiert und dem Brennkraftmaschinenabgas im warmgelaufenen Zustand ein Zuschlagstoff zur Stickoxidverminderung stromauf des Stickoxidverminderungskatalysators (25) zugesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung bei Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem (A) eine Zuschaltung einer separaten Kraftstoffnacheinspritzung vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert ist, der ein Einsetzen der Wirksamkeit eines dem Partikelfilter (24) vorgeschalteten Oxidationskatalysators (23) charakterisiert.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) oder Basisbetriebseinstellung (BV2) die Kraftstoffeinspritzung wenigstens eine separate Voreinspritzung umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei aktiver Basisbetriebseinstellung (BV2) eine doppelte Kraftstoffvoreinspritzung vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung (BV1; BV1a) ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) verminderter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver dritter Betriebseinstellung ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) erhöhter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im warmgelaufenen Zustand zusätzlich eine weitere, vierte Betriebseinstellung vorgesehen ist, wobei bei einem Übergang von der Basisbetriebseinstellung (BV2) oder von der dritten Betriebseinstellung in die vierte Betriebseinstellung eine späte Kraftstoffnacheinspritzung zugeschaltet wird und/oder die Abgasrückführrate vermindert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer der für den warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Einlasskanalabschaltung vorgesehen ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer der für den warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Beheizung einer einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Glühkerze vorgesehen ist.
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