DE102006022321A1

DE102006022321A1 - System und Verfahren zum Reduzieren von NOx-Emissionen bei einer einen Dieselmotor aufweisenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006022321A1
Application number: DE102006022321A
Authority: DE
Inventors: Eric Matthew Brookfield Kurtz; Daniel Roettger; Evangelos Karvounis
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: US7533518B2; US20060254259A1; DE102006022321B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors in einer mechanischen Vorrichtung offenbart, wobei der Dieselmotor einen Brennraum aufweist und wobei die mechanische Vorrichtung ferner einen zur Behandlung von NOx-Emissionen des Dieselmotors ausgelegten Katalysator aufweist. Das Verfahren umfasst das Ausführen mindestens einer frühen Homogenisierungsverbrennung in dem Brennraum, das Ermitteln einer Temperatur des Katalysators und, wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als ein vorgewählter Temperaturgrenzwert ist, dann das Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung in dem Brennraum, um eine Temperatur der dem Katalysator gelieferten Abgase anzuheben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet von Systemen und Verfahren zur Schadstoffbegrenzung von Kraftfahrzeugen.

Hintergrund und Kurzdarstellung

Das Mindern von Stickstoffoxidemissionen ("NOx") bei Dieselmotoren stellt für die Automobilbranche erhebliche Herausforderungen dar. Bisher wurden mehrere unterschiedliche Verfahren zum Mindern von NOx-Emissionen von Dieselmotoren vorgeschlagen. Eine Art von Verfahren ist allgemein als Niedertemperatur-Dieselverbrennung bekannt. Dieses Verfahren nutzt eine frühe oder späte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Motors, so dass der Kraftstoff bei niedrigeren Temperaturen verbrennt. Die niedrigeren Verbrennungstemperaturen erzeugen niedrigere Konzentrationen von NOx-Nebenprodukten.

Sowohl die frühe als auch die späte Einspritzung von Kraftstoff erlaubt ein gründlicheres Vermischen des Kraftstoffs mit Luft als bei der gewöhnlichen Dieselverbrennung und daher werden diese manchmal als „frühe Homogenisierungsverbrennung" bzw. „späte Homogenisierungsverbrennung" bezeichnet. Analog kann eine gewöhnliche Dieselverbrennung aufgrund der Tatsache, dass die Verbrennung bei einem verhältnismäßig geringeren Vermischen von Kraftstoff und Luft im Zylinder eintritt, als „Diffusions"-Verbrennung bezeichnet werden.

Die Niedertemperaturverbrennung ist zwar für die erhebliche Reduzierung von NOx-Emissionen wirksam, doch beseitigen diese Verfahren dennoch unter Umständen nicht ausreichend NOx bei einem Dieselmotor, um moderne Emissionsvorschriften zu erfüllen. Die Erfinder dieser Anmeldung haben erkannt, dass die Reduzierung von NOx-Emissionen eines Dieselmotors erfolgreicher angegangen werden kann, wenn ein Betriebsverfahren für einen Dieselmotor verwendet wird, das einen zur Behandlung von NOx-Emissionen eines Motors ausgelegten Katalysator nutzt, wobei das Verfahren das Ausführen mindestens einer frühen Homogenisierungsverbrennung im Brennraum, das Ermitteln einer Temperatur des Katalysators und, wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als ein vorgewählter Temperaturgrenzwert ist, sodann das Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung in dem Brennraum zum Anheben einer Temperatur der dem Katalysator gelieferten Abgase umfasst.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines Dieselmotors.
2 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich von Partikel- und NOx-Emissionsbereichen eines nur Niedertemperatur-Dieselverbrennung verwendenden Dieselmotors und eines Niedertemperaturdieselverbrennung in Kombination mit einer katalytischen Nachbehandlung verwendenden Dieselmotors zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung, die eine Temperaturabhängigkeit eines NOx-Umwandlungswirkungsgrads eines beispielhaften Katalysators als Funktion einer Einlasstemperatur des Katalysators zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung, die eine Einlasstemperatur eines beispielhaften Katalysators als Funktion der Zeit für einen frühe Homogenisierungsverbrennung verwendenden Dieselmotor zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens zum Regeln einer Temperatur eines Katalysators zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung, die einen Druck in einem Brennraum in einem Dieselmotor als Funktion der Zeit für frühe Homogenisierungs-, späte Homogenisierungs- und herkömmliche Dieselverbrennungen zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, die einen Druck in einem Brennraum in einem Dieselmotor als Funktion der Zeit für eine Verbrennung mit mehrfacher Einspritzung, die eine frühe Homogenisierungseinspritzung und eine spätere Einspritzung verwendet, zeigt.
Eingehende Beschreibung der dargestellten Ausführungen
1 zeigt ein Beispiel eines Dieselverbrennungsmotorsystems allgemein bei 10. Im Einzelnen wird der Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, von denen einer in 1 gezeigt wird, durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Brennraum 14 und Zylinderwände 16 mit einem darin angeordneten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen Kolben 18 auf. Der Brennraum 14 steht mittels eines jeweiligen Einlassventils 26 und Auslassventils 28 mit einem Ansaugkrümmer 22 und einem Abgaskrümmer 24 in Verbindung.
Der Ansaugkrümmer 22 steht mittels einer Drosselklappe 32 mit einem Drosselklappengehäuse 30 in Verbindung. In einer Ausführung kann eine elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden. In einer Ausführung wird die Drossel elektronisch so gesteuert, dass sie regelmäßig oder ständig einen festgelegten Unterdruckpegel in dem Ansaugkrümmer 22 aufrechterhält.
Der Ansaugkrümmer 22 wird ferner mit einem damit verbundenen Kraftstoffeinspritzventil 34 zum Zuführen von Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals (fpw) des Steuergeräts 12 gezeigt. Der Kraftstoff wird einem Kraftstoffeinspritzventil 68 durch eine (nicht dargestellte) herkömmliche Kraftstoffanlage zugeführt, die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Verteilerrohr aufweist (nicht dargestellt). Im Fall von Direkteinspritzermotoren, wie in 1 gezeigt, wird eine Hochdruckkraftstoffanlage verwendet, beispielsweise eine so genannte Common-Rail-Anlage (Speichereinspritzleitungsanlage). Es gibt aber mehrere andere Kraftstoffanlagen, die ebenfalls verwendet werden könnten, einschließlich aber nicht ausschließlich EUI (= elektronisch gesteuerte Pumpendüse), HEUI (= Hochdruckeinspritzsystem), etc.
In der abgebildeten Ausführung ist das Steuergerät 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer und weist eine Mikroprozessoreinheit 40, Input/Output-Ports 42, einen elektronischen Speicher 44, der in diesem speziellen Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Arbeitsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus auf.
Das Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich aber nicht ausschließlich: Messungen der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von einem Luftmengenmesser 50, der mit dem Luftfilter A [A in 1] verbunden ist (zu beachten ist, dass bei einem Dieselmotor der Luftmengenmesser typischerweise vor dem Verdichter abgelesen wird; ferner ist zu, beachten, dass der Luftmengenmesser vor dem Einlasspunkt für einen Niederdruck-AGR-Kreis (Abgasrückführung) angeordnet sein sollte; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 54 verbundenen Temperaturfühler 52; eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) von einem Krümmerdruckfühler 56, der mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist; eine Messung der Drosselklappenstellung (TP) von einem mit der Drosselklappe 32 verbundenen Drosselklappenstellungssensor 58; und ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber 60, das eine Motordrehzahl anzeigt.
Der Motor 10 kann eine Abgasrückführungsanlage (AGR) aufweisen, um zum Senken von NOx und anderen Emissionen beizutragen. Bei der in 1 abgebildeten AGR-Anlage wird Abgas durch ein mit dem Abgaskrümmer 24 in Verbindung stehendes AGR-Rohr 70 dem Ansaugkrümmer 22 zugeführt. In dem AGR-Rohr 70 ist eine AGR-Ventilanordnung 72 angeordnet. Anders ausgedrückt durchströmt Abgas von dem Abgaskrümmer 24 zunächst die AGR-Ventilanordnung 72 und strömt dann zum Ansaugkrümmer 22. Die AGR-Ventilanordnung 72 kann sozusagen stromauf des Ansaugkrümmers angeordnet sein. Es gibt auch optional einen AGR-Kühler [in 1 bei Y gezeigt], der in dem AGR-Rohr 70 platziert ist, um rückgeführte Abgase zu kühlen, bevor sie in den Ansaugkrümmer eindringen. Das Kühlen erfolgt typischerweise mit Hilfe von Motorwasser, doch könnte auch ein Luft-/Luft-Wärmetauscher verwendet werden.
Der Druckfühler 56 liefert eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) an das Steuergerät 12. Die AGR-Ventilanordnung 72 weist ein (nicht dargestelltes) Ventil zum Regeln einer variablen Flächenbeschränkung des AGR-Rohrs 70 auf, die dadurch den AGR-Strom regelt. Die AGR-Ventilanordnung 72 kann entweder den AGR-Strom durch das Rohr 70 minimal beschränken oder den AGR-Strom durch das Rohr 70 vollständig unterbinden.
Mit der AGR-Ventilanordnung 72 ist ein Unterdruckregler 74 verbunden. Der Unterdruckregler 74 empfängt vom Steuergerät 12 Betätigungssignale zum Steuern der Ventilstellung der AGR-Ventilanordnung 72. In einer bevorzugten Ausführung ist die AGR-Ventilanordnung 72 ein unterdruckbetätigtes Ventil. Es kann jedoch eine beliebige Art von Strömungsregelventil verwendet werden, zum Beispiel ein elektrisches Magnetventil oder ein durch einen Schrittmotor betriebenes Ventil.
Ferner werden in der Abgasstrecke stromab einer Verdichtungsvorrichtung 90 ein Mager-NOx-Katalysator oder -Filter 80 und ein Partikelfilter 82 verbunden gezeigt. Die Verdichtungsvorrichtung 90 kann ein Turbolader oder eine andere derartige Vorrichtung sein. Die Verdichtungsvorrichtung 90 weist eine in dem Abgaskrümmer 24 verbundene Turbine 90a und einen in dem Ansaugkrümmer 22 mittels eines [in 1 bei X gezeigten] Ladeluftkühlers, der typischerweise ein Luft-/Luft-Wärmetauscher ist, aber auch wassergekühlt sein könnte, verbundenen Verdichter 90b auf. Die Turbine 90a ist typischerweise mittels einer Antriebswelle 92 mit dem Verdichter 90b verbunden. (Dies könnte auch eine Reihen-Turboladeranordnung, eine Einfach-VGT (verstellbare Turbinengeometrie), eine Doppel-VGT oder jede andere Anordnung von Turboladern sein, die verwendet werden könnte).
Ferner kann das Steuergerät 12 eine Messung einer Temperatur des NOx-Filters 80 von einem dem NOx-Filter 80 zugeordneten Temperaturfühler 84 erhalten. Alternativ kann der Fühler 84 so positioniert sein, dass er eine Angabe der Abgastemperatur oder der Abgaskrümmertemperatur liefert. Das Anordnen des Fühlers 84 neben oder in dem NOx-Filter 80 anstelle neben oder in dem Abgaskrümmer 24 kann aber ein präziseres Ermitteln der Temperatur des NOx-Filters 80 ermöglichen, da in der Turbine 90a ein wesentlicher Temperaturabfall vorliegen kann.
Weiterhin wird ein Gaspedal 94 zusammen mit einem Fuß 95 eines Fahrers gezeigt. Ein Pedalstellungssensor (pps) 96 misst die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals.
Ferner kann der Motor 10 auch (nicht dargestellte) Abgas-/Kraftstoffverhältnissensoren aufweisen. Zum Beispiel kann eine unbeheizte Abgassonde (EGO) mit zwei Zuständen oder eine lineare unbeheizte Lambdasonde (UEGO) verwendet werden. Eine jede von diesen kann in dem Abgaskrümmer 24 oder stromab der Vorrichtungen 80, 82 oder 90 angeordnet werden.
Es versteht sich, dass der dargestellte Dieselmotor 10 nur für Beispielzwecke gezeigt wird und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten Motor, der geeignete Bauteile und/oder eine geeignete Anordnung von Bauteilen aufweist, implementiert oder angewendet werden können.
Wie vorstehend beschrieben kann die Niedertemperatur-Dieselverbrennung dazu beitragen, die NOx-Emissionen eines Dieselmotors zu reduzieren. Eine Niedertemperatur-Dieselverbrennung kann entweder durch frühe Homogenisierungsverbrennung oder späte Homogenisierungsverbrennung verwirklicht werden. Eine frühe Homogenisierungsverbrennung kann einige Vorteile gegenüber der späten Homogenisierungsverbrennung bieten. Die frühe Homogenisierungsverbrennung bietet zum Beispiel einen größeren Kraftstoffnutzungsgrad als die späte Homogenisierungsverbrennung, da zum Leisten von Arbeit am Kolben mehr Energie der frühen Homogenisierungsverbrennung als in der späten Homogenisierungsverbrennung verwendet wird. Umgekehrt geht mehr Energie als Wärme in der späten Homogenisierungsverbrennung verloren als in der frühen Homogenisierungsverbrennung.
Im Allgemeinen kann die frühe Homogenisierung in einem Dieselmotor als Verbrennungsart beschrieben werden, bei der Kraftstoff und Luft im Wesentlichen vor dem oberen Totpunkt gemischt werden und die Verbrennung nahe dem oberen Totpunkt einsetzt. Eine frühe Homogenisierung kann Strategien mit mehreren Zylindereinspritzungen und/oder Kraftstoffeinspritzung und Vormischen in dem Ansaugkrümmer umfassen und wird bei verschiedenen Brennraumkonfigurationen angewendet. Diese Art der Verbrennung ist typischerweise durch sehr geringe Partikel- und NOx-Emissionen und guten Nutzungsgrad gekennzeichnet; jedoch sind relativ niedrige Abgastemperaturen bei einer vorgegebenen Last ebenfalls typisch.
Die Diffusionsverbrennung kann allgemein als eine Verbrennungsart beschrieben werden, bei der mindestens ein Teil der Kraftstoffeinspritzung und ein Teil der Verbrennung gleichzeitig erfolgen. Daher erfordert sie ein viel späteres Kraftstoff-Luft-Mischen bezüglich des Verbrennungsvorgangs. Bei dieser Verbrennungsart können Strategien mit mehreren Einspritzungen wie Piloteinspritzung, geteilte Haupt- und Nacheinspritzung verwendet werden, um Emissionen und Verbrennungsrate zu steuern. Definitionsgemäß umfasst diese Art der Verbrennung auch eine Art von Niedertemperaturverbrennung, die als rauchlose fette Verbrennung bekannt ist, sowie alle herkömmlichen Verbrennungsstrategien. Diese Art der Verbrennung ist typischerweise durch stärkere Partikel- und NOx-Emissionen gekennzeichnet (es sei denn bei Betrieb in einer rauchlosen fetten Verbrennungsart) und bietet immer noch einen relativ guten Nutzungsgrad, kann aber bei einer bestimmten Last höhere Abgastemperaturen als die frühe Homogenisierung aufweisen.
Die späte Homogenisierung kann allgemein als eine Verbrennungsart beschrieben werden, bei der Kraftstoff vor der Verbrennung (typischerweise nach dem oberen Totpunkt) eingespritzt wird, das Mischen von Kraftstoff und Luft größtenteils nach dem oberen Totpunkt erfolgt und die Verbrennung während des Arbeitstakts erfolgt. Dieses Verbrennungsverfahren kann ebenfalls Strategien mit mehrere Einspritzungen verwenden, wenngleich die Möglichkeiten dieser Strategien stärker beschränkt sind, da die Möglichkeit unvollständiger Verbrennung oder von Fehlzündung zunimmt, wenn sich der Kolben weg vom oberen Totpunkt bewegt. Wie bei der frühen Homogenisierung ist diese Art der Verbrennung typischerweise durch sehr geringe Partikel- und NOx-Emissionen gekennzeichnet, doch pflegt der Nutzungsgrad unter dem der beiden anderen Arten zu liegen, und bei einer vorgegebenen Last sind die Abgastemperaturen typischerweise höher.
Zu beachten ist, dass alle diese Verbrennungsarten Steuerparameter wie AGR, Ansaugdruck, Ansaugtemperatur, Verwirbelung und Einspritzdruck zum Regeln von Emissionen sowie die zeitliche Steuerung und die Rate der Verbrennung einbeziehen können und dies typischerweise auch tun.
Im Allgemeinen wird frühe Homogenisierungsverbrennung durch Einspritzen von Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt entweder über Ansaugkrümmereinspritzung oder direkte Einspritzung in den Brennraum verwirklicht und späte Homogenisierungsverbrennung wird durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei Kurbelwinkeln zwischen etwa OT und 30 Grad nach dem oberen Totpunkt verwirklicht. Verglichen mit der frühen Homogenisierung wird die Zündverzögerung erheblich kürzer. Analog kann die Diffusionsverbrennung durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei Kurbelwinkeln zwischen 40° vor dem oberen Totpunkt OT und 80° nach dem oberen Totpunkt verwirklicht werden. Bei diesem Fall kann man nicht wirklich eine Zündverzögerung beobachten – da diese Art der Verbrennung in einer brennenden Umgebung eingeleitet wird.
Zwar kann die Niedertemperatur-Dieselverbrennung NOx-Emissionen verglichen mit der herkömmlichen Dieselverbrennung erheblich senken, doch können die NOx-Emissionen immer noch zu hoch sein, um die derzeitigen und/oder künftige Emissionsvorschriften zu erfüllen. Daher kann ein Mager-NOx-Katalysator (oder „NOx-Filter" oder „LNT") 80 verwendet werden, um NOx-Emissionen weiter zu reduzieren. Ein NOx-Filter ist eine katalytische Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, NOx zurückzuhalten, wenn der Motor bei einem mageren Kraftstoff/Luftgemisch läuft, und dann das NOx freizusetzen und zu reduzieren, wenn der Motor bei einem fetteren Kraftstoff-/Luftgemisch läuft. Ein typischer NOx-Filter weist ein oder mehrere Edelmetalle sowie ein Alkali- oder alkalisches Metalloxid auf, an dem Stickstoffoxide als Nitrate adsorbieren, wenn der Motor bei einem mageren Kraftstoff-/Luftgemisch läuft. Der Motor kann dann so ausgelegt sein, dass er periodisch bei einem fetteren Kraftstoff-/Luftgemisch läuft. Die Nitrate zersetzen sich unter fetten Bedingungen, wobei das NOx freigesetzt wird. Dieses reagiert mit Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoffgas und verschiedenen Kohlenwasserstoffen in dem Abgas über dem Edelmetall, um N₂ zu bilden, wodurch die NOx-Emissionen gesenkt und der Filter regeneriert wird.
2 zeigt allgemein bei 100 ein Schaubild von Partikel- und NOx-Konzentrationsbereichen für verschiedene Dieselemissionsanlagen. Zunächst werden bei 102 die derzeitigen Partikel- und NOx-Emissionskonzentrationen des Stands der Technik gezeigt. Als Nächstes wird als Bereich 104 ein beispielhafter Bereich von NOx- und Partikelkonzentrationen gezeigt, die bei Emissionen eines Motors erreichbar sind, der Niedertemperatur-Dieselverbrennung einsetzt. Schließlich wird als Bereich 106 ein beispielhafter Bereich von NOx- und Partikelkonzentrationen gezeigt, die bei Emissionen eines Motors erreichbar sind, der sowohl Niedertemperatur-Dieselverbrennung als auch Nachbehandlung (in Form eines NOx-Filters und eines Partikelfilters) verwendet.
Wie aus 2 hervorgeht, kann die Verwendung einer Kombination aus Niedertemperatur-Dieselverbrennung und katalytischer Nachbehandlung das Verwirklichen viel geringerer NOx-Emissionen ermöglichen als bei Verwendung eines der Verfahren allein. Bei der gemeinsamen Verwendung dieser Verfahren können aber einige Schwierigkeiten auftreten. Zum Beispiel ist der NOx-Umwandlungswirkungsgrad eines NOx-Filters von der Temperatur des Filters abhängig. 3 zeigt allgemein bei 120 ein Schaubild der Temperaturabhängigkeit eines beispielhaften NOx-Filters nach Alterung bei 4.000 Meilen (bei 122) und nach Alterung bei 120.000 Meilen (bei 124). Aus 3 ist ersichtlich, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad des beispielhaften NOx-Filters bei Filtertemperaturen von unter ungefähr 200 Grad Celsius und bei über etwa 350 Grad Celsius abfällt. Daher trägt das Halten des NOx-Filters ungefähr zwischen diesen Temperaturen dazu bei, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Filters sicherzustellen. Es versteht sich, dass diese Temperaturen lediglich beispielhaft sind und dass andere NOx-Filter verschiedene Betriebstemperaturbereiche haben können.
Aufgrund der niedrigeren Verbrennungstemperaturen und des höheren Wirkungsgrads der frühen Homogenisierungsverbrennung kann das Abgas eines Motors, der frühe Homogenisierungsverbrennung verwendet, zu kühl sein, um den NOx-Filter innerhalb des optimalen Betriebstemperaturbereichs zu hatten. 4 zeigt – allgemein bei 140 – ein Schaubild, das die Katalysatortemperatur als Funktion der Zeit während eines standardmäßigen Emissionstests der US-Umweltschutzbehörde bei einem Dieselkraftfahrzeugs zeigt. Die Bezeichnungen Beutel 1, Beutel 2 und Beutel 3 bezeichnen die während der drei Testphasen gesammelten Emissionen: Emissionen des Beutels 1 werden während eines Kaltstarttests gesammelt, Emissionen des Beutels 2 werden unter innerstädtischen Fahrbedingungen getestet und Emissionen des Beutels 3 werden unter Fernverkehrstraßen-Fahrbedingungen getestet. Ferner wird ein Solltemperaturbereich eines NOx-Filters durch eine obere Temperaturlinie 142 (bei etwa 300°C gezeigt), eine untere Temperaturlinie 144 (bei etwa 280°C gezeigt) und eine mittlere Linie 146 (bei etwa 315°C gezeigt) angegeben. Zu beachten ist, dass das relevante Temperaturfenster von Katalysatorart, Zusammensetzung und Alter/Grad der Degradation abhängen kann. Dies ist zum Beispiel in den in 2 und 3 gezeigten verschiedenen Betriebstemperaturbereichen ersichtlich. Daher können diese Faktoren bei der Ermittlung einer Temperatursteuerstrategie berücksichtigt werden. Weiterhin kann das Zieltemperaturfenster abhängig von Katalysatoralter (d.h. Degradation), gemessen zum Beispiel durch Meilen im Einsatz, Stunden im Einsatz, Gesamtmenge des verbrauchten Kraftstoff, etc. gemessen oder durch Überwachen der Katalysatorleistung mit Hilfe von Lambdasonden, NOx-Sensoren etc. direkt gemessen, zum Messen der Werte dieser Gase im Abgas stromab des Katalysators angepasst werden.
Die NOx-Filtertemperatur als Funktion der Zeit wird bei Linie 150 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die NOx-Filtertemperatur manchmal den optimalen Betriebstemperaturbereich übersteigt, wie bei 152 gezeigt, und manchmal unter den optimalen Temperaturbereich fällt, wie bei 154 gezeigt. Daher können die Emissionen des Kraftfahrzeugs an diesen Punkten höhere NOx-Emissionswerte haben, als wenn sich der NOx-Filter innerhalb des optimalen Temperaturbereichs befindet.
Um die Temperatur des NOx-Filters innerhalb eines Soll-Betriebsbereichs zu halten, während gleichzeitig auch NOx-Emissionen mittels früher Homogenisierungsverbrennung reduziert werden, kann der Motor 10 so ausgelegt werden, dass mindestens eine frühe Homogenisierungsverbrennung in dem Brennraum ausgeführt wird, dass eine Temperatur des Katalysators ermittelt wird und dass, wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als ein vorgewählter Temperaturgrenzwert ist, dann mindestens eine späte Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung in dem Brennraum ausgeführt wird, um eine Temperatur der dem Katalysator gelieferten Abgase anzuheben. Auf diese Weise können die Vorteile früher Homogenisierungsverbrennung verwirklicht werden, während gute NOx-Filterleistung gewahrt wird.
5 zeigt allgemein bei 200 eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens zum Steuern einer Temperatur des NOx-Filters 80 durch gezieltes Einsetzen mindestens eines von Diffusionsverbrennung und später Homogenisierungsverbrennung, um dem NOx-Filter 80 Abgase höherer Temperatur zu liefern. Das Verfahren 200 umfasst das Ausführen eines Motorzyklus mit früher Homogenisierung bei 202 und das Ermitteln einer Temperatur des NOx-Filters 80 bei 204. Als Nächstes wird die ermittelte Temperatur des NOx-Filters 80 bei 206 mit einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert verglichen. Wenn die Temperatur des NOx-Filters nicht gleich oder kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist, dann führt der Motor 10 einen weiteren frühen Homogenisierungsverbrennungszyklus aus. Auf diese Weise arbeitet der Motor 10 in einer vorrangig frühen Homogenisierungsverbrennungsart, solange die Temperatur des NOx-Filters 80 über dem vorbestimmten Temperaturgrenzwert bleibt.
Wenn dagegen bei 206 ermittelt wird, dass die Temperatur des NOx-Filters gleich oder kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist, dann wird bei 208 zumindest etwas Kraftstoff in den Brennraum bei einem Zeitpunkt eingespritzt, der so ausgelegt ist, dass er zu Diffusionsverbrennung und/oder später Homogenisierung führt, um dadurch die Temperatur der Motorabgase anzuheben. Als Nächstes wird bei 210 die Temperatur des NOx-Filters erneut ermittelt und bei 212 mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen, um zu ermitteln, ob die NOx-Filtertemperatur größer oder gleich der vorbestimmten Grenzwerttemperatur ist. Wenn die bei 210 ermittelte Temperatur des NOx-Filters unter dem vorbestimmten Grenzwert liegt, dann wird ein weiterer Motorzyklus mit Einspritzung von zumindest etwas Kraftstoff bei einem Diffusionsverbrennungs- und/oder späten Homogenisierungszeitpunkt ausgeführt. Wenn dagegen die bei 210 ermittelte Temperatur des NOx-Filters gleich oder größer als der Grenzwert ist, dann endet das Verfahren 200 und der Motor 10 kann wieder seine Arbeit in einer vorrangig frühen Homogenisierungsverbrennungsart aufnehmen.
Die Temperatur anhebende Wirkung des Diffusionsverbrennungs- und/oder späten Homogenisierungsverbrennungszyklus bzw. -zyklen kann schnell eintreten. Daher kann der Motor 10 relativ schnell seinen Betrieb in der vorrangig frühen Homogenisierungsverbrennungsart wieder aufnehmen.
Die in dem Verfahren 200 ausgeführten einzelnen Prozesse können auf jede geeignete Weise ausgeführt werden. Der Motor 10 kann zum Beispiel in jeder geeigneten Weise frühe Homogenisierungszyklen ausführen. Wie vorstehend beschrieben kann man sich die frühe Homogenisierungsverbrennung allgemein als Verbrennung vorstellen, die sich aus der Einspritzung von Kraftstoff an einem beliebigen Punkt zwischen dem Schließen des Luftansaugventils 52 und einem Kurbelwinkel von etwa 10 Grad vor dem oberen Tutpunkt ergibt. Es versteht sich aber, dass Kraftstoff alternativ bei einem näheren Kurbelwinkel als 10 Grad vom oberen Totpunkt eingespritzt werden kann und man dennoch von einigen der Vorteilen der frühen Homogenisierung (beispielsweise höhere Verbrennungswirkungsgrade) profitieren kann.
Analog kann die Temperatur des NOx-Filters 80 in jeder geeigneten Weise ermittelt werden. In der dargestellten Ausführung ist der Temperaturfühler 84 zum direkten Messen der Temperatur des NOx-Filters 80 (oder der Abgase im NOx-Filter 80) vorgesehen. Alternativ kann der Temperaturfühler 84 an einer Stelle im Emissionsströmweg entweder stromauf oder stromab des NOx-Filters 80 platziert werden, einschließlich aber nicht ausschließlich im Abgaskrümmer 24, zwischen der Turbine 90a und dem Partikelfilter 82 und zwischen dem Partikelfilter 82 und dem NOx-Filter 80.
Weiterhin kann die Temperatur des NOx-Filters 80 auch durch indirekte Verfahren aus anderen Motorvariablen ermittelt werden. Zum Beispiel kann die Temperatur des NOx-Filters 80 aus bekannten Größen wie der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, einer Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung bzw. der Kraftstoffeinspritzungen, einem gemessenen Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem Abgas und/oder einem durch Verwenden einer angeordneten Kraftstoffrate und einer MAF-Messung indirekt ermittelten Kraftstoff-/Luftverhältnis ermittelt werden.
Der vorbestimmte Temperaturgrenzwert, mit dem die ermittelte Temperatur des NOx-Filters 80 verglichen wird, kann jeden geeigneten Wert haben. Weiterhin kann der vorbestimmte Temperaturgrenzwert abhängig von den spezifischen chemischen und physikalischen Eigenschaften einer bestimmten Art von NOx-Filter unterschiedlich sein. Bei einem NOx-Filter mit dem in 3 gezeigten Profil von NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu Temperatur kann der vorbestimmte Temperaturgrenzwert einen Wert von etwa 250°C oder sogar weniger haben. Alternativ kann, wenn ein engeres Betriebstemperaturfenster erwünscht ist (wie in 4 gezeigt), der vorbestimmte Temperaturgrenzwert einen Wert über 250°C haben, zum Beispiel in der Größenordnung von 280°C–300°C. Es versteht sich, dass diese Temperaturgrenzwerte lediglich beispielhaft sind und dass ein beliebiger anderer geeigneter Temperaturgrenzwert verwendet werden kann.
Wenn als Nächstes ermittelt wird, dass die Temperatur des NOx-Filters gleich oder kleiner als der vorab gewählte Temperaturgrenzwert ist, kann bei 208 jede geeignete Kombination aus Diffusionsverbrennungseinspritzung und/oder später Homogenisierungsverbrennungseinspritzung verwendet werden. In manchen Ausführungen kann zum Beispiel eine einzige Diffusionsverbrennungseinspritzung verwendet werden, ohne dass eine begleitende frühe oder späte Homogenisierungseinspritzung im gleichen Motorzyklus erfolgt. In anderen Ausführungen kann eine einzige späte Homogenisierungsverbrennung eingesetzt werden, ohne dass eine frühe Homogenisierungs- oder Diffusionsverbrennungseinspritzung während des gleichen Motorzyklus erfolgt.
In noch anderen Ausführungen kann ein Zyklus mit mehreren Einspritzungen verwendet werden, bei dem eine Kraftstoffmenge bei einem Diffusionsverbrennungszeitpunkt eingespritzt wird und eine andere Kraftstoffmenge bei einem späten Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt eingespritzt wird. Weiterhin kann ein Zyklus mit mehreren Einspritzungen verwendet werden, bei dem eine Kraftstoffmenge bei einem frühen Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt eingespritzt wird und eine andere Kraftstoffmenge (bzw. andere Kraftstoffmengen) bei einem Diffusionsverbrennungszeitpunkt und/oder einem späten Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt eingespritzt wird (werden).
In Ausführungen, bei denen eine frühe Homogenisierungsverbrennungseinspritzung in Verbindung mit einer Diffusionsverbrennungseinspritzung und/oder einen späten Homogenisierungsverbrennungseinspritzung verwendet wird, können die Einspritzungen variiert werden, um eine Sollabgastemperatur zu erreichen. Bei einem Motorzyklus, der mehrere Einspritzungen verwendet, kann ein Einspritzdruck oder eine in einer frühen Homogenisierungseinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge gesenkt und ein Spritzdruck oder eine in einer Diffusionsverbrennungseinspritzung und/oder einer späten Homogenisierungseinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge angehoben werden, um eine höhere Abgastemperatur zu erreichen. Alternativ können die relativen Zeitpunkte der frühen, der Diffusions- und/oder der späten Einspritzungen variiert werden, um eine Sollabgastemperatur zu erreichen.
Die zum Erreichen einer Sollabgastemperatur und/oder einer Soll-NOx-Filtertemperatur verwendeten tatsächlichen Einspritzmengen, Einspritzdrücke und/oder Einspritzzeitpunkte können experimentell ermittelt und in einer Nachschlagetabelle im Steuergerät 12 gespeichert werden, das die Einspritzmengen, -drücke und/oder -zeitpunkte mit gemessenen Katalysatortemperaturen und/oder anderen Betriebsvariablen korreliert. Alternativ können die zu verwendenden Einspritzmengen, Einspritzdrücke und/oder Einspritzzeitpunkte in geeigneter Weise dynamisch ermittelt werden.
Der Temperaturgrenzwert, bei dem die Katalysatortemperatur bei 212 verglichen wird, kann jeden geeigneten Wert haben. Zum Beispiel kann der bei 212 verwendete Temperaturgrenzwert den gleichen Wert haben wie der bei 206 haben, wenn ermittelt wird, ob eine Diffusions- und/oder späte Einspritzung erforderlich ist, oder kann einen anderen Wert haben. Es kann vorteilhaft sein, bei 212 einen höheren Temperaturgrenzwert als bei 206 zu verwenden, um zu vermeiden, dass der Motor Verbrennungsarten häufiger als erwünscht ändert.
6 und 7 zeigen den Druck im Zylinder von Motor 10 als Funktion verschiedener Verbrennungszeitsteuerungen. Zunächst veranschaulicht 6 allgemein bei 300 den Druck in einem Zylinder für jeden von einem beispielhaften frühen Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt, zwei beispielhaften Diffusionseinspritzzeitpunkten und einem beispielhaften späten Einspritzzeitpunkt. Der Zylinderdruck der frühen Homogenisierungsverbrennung wird bei 302 gezeigt, und die Pfeile stellen die Zeitdauer dar, die zwischen einer frühesten Einspritzung für diese Verbrennungsart und dem Einsetzen der Verbrennung verstreicht. Im Einzelnen kann die Einspritzung an einem beliebigen Punkt entlang der Länge des Pfeils eintreten, und das Einsetzen der Verbrennung wird durch die Spitze von Pfeil 304 veranschaulicht. Die frühe Homogenisierungseinspritzung, dargestellt durch Pfeil 304, kann jederzeit vor dem OT eintreten (mit so vielen Einspritzungen, wie die Kraftstoffanlage zulässt), und die Zündung setzt erst nahe dem OT ein.
Der späte Homogenisierungskraftstoff, dargestellt durch Pfeil 312, wird nahe oder nach dem OT eingespritzt, und die Zündung erfolgt erst später in dem Arbeitstakt. Der Zylinderdruck der späten Homogenisierungsverbrennung wird bei 310 gezeigt. Die dargestellte herkömmliche Verbrennung ist eine typische Einspritzstrategie, bei der eine durch Pfeil 308 dargestellte Piloteinspritzung von einer durch Pfeil 308' dargestellten Haupteinspritzung gefolgt wird, und der Zylinderdruck für die herkömmliche Verbrennung wird bei 306 gezeigt. Die Piloteinspritzung erfolgt vor dem OT und brennt erst nahe dem OT, was die Einlasstemperatur anhebt. Die Haupteinspritzung erfolgt nahe dem OT, und die Zeit zwischen dem Einsetzen der Einspritzung und dem Einsetzen der Verbrennung ist aufgrund der erhöhten Pilottemperatur (durch den kurzen Pfeil auf der zweiten Einspritzung dargestellt) typischerweise kurz.
Aus 6 ist ersichtlich, dass der Zylinderdruck bei der frühen Homogenisierungsverbrennung seinen Spitzenwert bei einem höheren und früheren Punkt als bei anderen Verbrennungsarten erreicht und einen größeren Motorwirkungsgrad und eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit (aber niedrigere Abgastemperaturen) als die anderen Verbrennungsarten bietet.
7 zeigt allgemein bei 400 den Druck in einem Zylinder von Motor 10 während eines beispielhaften Zyklus mit mehreren Einspritzungen, bei dem eine späte Homogenisierungsverbrennungseinspritzung zusammen mit einer frühen Homogenisierungsverbrennungseinspritzung verwendet wird, um die Temperatur der Abgase aus Motor 10 anzuheben. Ein erster Spitzenwert 402 des Zylinderdrucks ergibt sich aufgrund der frühen Homogenisierungsverbrennungseinspritzung, deren Zeitpunktwahl durch die Spitze von Pfeil 404 gezeigt wird, kurz nach dem oberen Totpunkt. Als Nächstes ergibt sich ein zweiter Spitzenwert 406 des Zylinderdrucks aufgrund der späten Homogenisierungseinspritzung, deren Zeitpunktwahl durch Pfeil 408 gezeigt wird. Es versteht sich, dass der zweite Spitzenwert zeitlich (und bezüglich des Kurbelwinkels) näher zum ersten Spitzenwert erfolgen kann, wobei die zweite Einspritzung bei einem Diffusionsverbrennungszeitpunkt, nicht bei einem späten Homogenisierungszeitpunkt ausgeführt wird. Ferner nutzt die dargestellte Ausführung zwar eine frühe Homogenisierungseinspritzung und eine späte Homogenisierungseinspritzung, doch versteht sich, dass entweder mehr oder weniger Einspritzungen verwendet werden können, um einen Abgasstrom einer Solltemperatur zu liefern. Ferner nutzen zwar die hierin beschriebenen Ausführungen späte Einspritzzeitpunkte, um einen Abgasstrom höherer Temperatur zu liefern, doch versteht sich, dass der Motor 10 stattdessen so ausgelegt werden kann, dass er vorrangig in einer späten Homogenisierungs- oder Diffusionsverbrennungsart arbeitet und frühe Homogenisierungsverbrennung nach Bedarf verwendet, um einen Abgasstrom bei Bedarf zur Verwirklichung einer Sollemissionswirkung zu kühlen.
Die hierin beschriebenen Verfahren können verwendet werden, um eine auf Temperatur ansprechende Nachbehandlungsvorrichtung in einem Solltemperaturbereich zu halten. Beispiele für andere katalytische Vorrichtungen, bei denen die hierin gezeigten und beschriebenen Verfahren verwendet werden können, umfassen HC-SCR, Harnstoff-SCR, Dreiwegekatalysatoren und DPNR (Vierwegekatalysatoren), sind aber nicht hierauf beschränkt.
Es versteht sich ferner, dass die hierin offenbarten Prozesse beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht in einschränkendem Sinn gesehen werden sollen, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Einspritzzeitsteuerungen, Kombinationen von Einspritzzeitsteuerungen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden. Ferner können die hierin offenbarten Konzepte auf fremdgezündete Motoren genauso wie auf Dieselmotoren, beispielsweise Benzin- und Wasserstoff-ICE-Motoren, übertragen werden. Fremdgezündete Motoren nehmen das Kraftstoff-/Luftmischen im Allgemeinen vor dem oberen Totpunkt vor. Die Verbrennung kann aber bei diesen Motoren in die folgenden zwei Arten aufgeteilt werden, wobei ein Motor zum Wechseln zwischen diesen ausgelegt werden kann, um die Nachbehandlungstemperatur für NOx oder anderes zu regeln.
Zunächst umfassen HCCI, PCCI oder ähnliche Verbrennungsarten bei fremdgezündeten Motoren aufgrund der Verdichtungserwärmung eine Selbstzündung bei früher Kraftstoff- und Luftmischung (die Zündung erfolgt typischerweise ohne Unterstützung) bei oder nahe dem OT. Diese Verbrennungsarten ähneln der frühen Homogenisierung bei Dieselmotoren. Sie sind verglichen mit der standardmäßigen Fremdzündungsverbrennung („Ottomotor") durch niedrige NOx-Emissionen und einen ausgezeichneten Wirkungsgrad gekennzeichnet; die Abgastemperaturen sind aber bei einer vorgegebenen Last typischerweise niedriger. Als Nächstes ist die Fremdzündungsverbrennung eine Verbrennungsart, bei der die Zündung herbeigeführt wird, wenn ein Funke einen Flammenkern in dem umgebenden Bereich erzeugt. Diese Flammenfront bewegt sich dann durch den Brennraum. Diese Verbrennungsart ist durch hohe NOx-Emissionen, einen relativ niedrigen Wirkungsgrad und hohe Abgastemperaturen gekennzeichnet. Gemäß den vorstehend beschriebenen Konzepten kann die Verdichtungsverbrennung als Standardbetriebsweise des Motors verwendet werden und die Fremdzündungsverbrennung kann eingesetzt werden, wenn höhere Abgastemperaturen zum Erwärmen einer Nachbehandlungsvorrichtung erwünscht sind.
Die folgenden Ansprüche zeigen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlegen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung können andere Kombinationen und Unterkombinationen der Einspritz- und Temperaturverfahren, Prozesse, Einrichtungen und/oder andere Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder anders gefasst als die ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Bei einer mechanischen Vorrichtung, die einen einen Brennraum aufweisenden Dieselmotor aufweist, wobei die mechanische Vorrichtung auch eine zur Behandlung von Emissionen aus dem Dieselmotor ausgelegte Nachbehandlungsvorrichtung umfasst, ein Verfahren zum Betreiben des Motors, welches umfasst: – Ausführen mindestens einer frühen Homogenisierungsverbrennung in dem Brennraum; – Ermitteln einer Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung und, – wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als ein vorgewählter Temperaturgrenzwert ist, dann Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung in dem Brennraum, um eine Temperatur der der Nachbehandlungsvorrichtung gelieferten Abgase anzuheben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung direkt mittels eines der Nachbehandlungsvorrichtung zugeordneten Temperaturfühlers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung indirekt aus anderen Motorvariablen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung in einem einzelnen Motorzyklus das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei mindestens einem von einem späten Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt oder einem Diffusionsverbrennungszeitpunkt zusätzlich zu Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei einem frühen Homogenisierungszeitpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung oder Diffusionsverbrennung das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei mindestens einem von dem Homogenisierungsverbrennungszeitpunkt oder dem Diffusionsverbrennungszeitpunkt an Stelle des Einspritzens von Kraftstoff in den Brennraum bei dem frühen Homogenisierungszeitpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen der frühen Homogenisierungsverbrennung das Einspritzen von Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen mindestens einer Diffusionsverbrennung oder späten Homogenisierungsverbrennung das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei einem Kurbelwinkel von zwischen vierzig Grad vor dem oberen Totpunkt und etwa achtzig Grad nach dem oberen Totpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewählte Temperaturgrenzwert als Funktion einer Alterung der Nachbehandlungsvorrichtung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Anpassen eines Einspritzdrucks des für die frühe Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffs und eines Einspritzdrucks des für die mindestens eine von der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Anpassen einer Steuerzeitwahl einer Kraftstoffeinspritzung für mindestens eines von der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung basierend auf der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Anpassen einer Kraftstoffeinspritzmenge für die frühe Homogenisierungsverbrennung und für die mindestens eine von der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung basierend auf der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung umfasst.
Bei einer mechanischen Vorrichtung, die einen einen Brennraum aufweisenden Dieselmotor aufweist, wobei die mechanische Vorrichtung auch einen zur Behandlung von NOx-Emissionen aus dem Dieselmotor ausgelegten Katalysator umfasst, ein Verfahren zum Betreiben des Motors, welches umfasst: – Ausführen mehrer früher Homogenisierungsverbrennungszyklen in dem Brennraum durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei einem ersten, früheren Steuerzeitpunkt; – Ermitteln einer Temperatur des Katalysators; – Vergleichen der Temperatur des Katalysators mit einer vorbestimmten Temperatur; und, – wenn die Temperatur des Katalysators unter der vorbestimmten Temperatur liegt, dann Einspritzen von mindestens etwas Kraftstoff in den Brennraum bei einem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Katalysators direkt mittels eines dem Katalysator zugeordneten Temperaturfühlers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Katalysators indirekt aus anderen Motorvariablen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von mindestens etwas Kraftstoff in den Brennraum bei einem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum sowohl bei dem ersten, früheren Steuerzeitpunkt als auch bei dem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt während eines einzigen Motorzyklus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von mindestens etwas Kraftstoff in den Brennraum bei einem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum nur bei dem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt während eines einzigen Motorzyklus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von Kraftstoff bei dem ersten, früheren Steuerzeitpunkt das Einspritzen von Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen von Kraftstoff bei dem zweiten, späteren Steuerzeitpunkt das Einspritzen von Kraftstoff bei einem Kurbelwinkel von zwischen vierzig Grad vor dem oberen Totpunkt und etwa achtzig Grad nach dem oberen Totpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewählte Temperaturgrenzwert als Funktion einer Alterung des Katalysators angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterung des Katalysators aus dem Messen mindestens einer Motorvariablen gewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Anzahl von Meilen, die der Motor betrieben wurde, einer Anzahl an Stunden, die der Motor betrieben wurde, und einer vom Motor verbrauchten Kraftstoffgesamtmenge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterung des Katalysators durch Messen von Konzentrationen von Gasen in den Motoremissionen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin das Anpassen eines Einspritzdrucks des für die frühe Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffs und eines Drucks des für die mindestens eine der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf der Temperatur des Katalysators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin das Anpassen einer Steuerzeitwahl einer Kraftstoffeinspritzung für die mindestens eine der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung basierend auf der Temperatur des Katalysators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin das Anpassen einer für die frühe Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffmenge und einer für die mindestens eine der Diffusionsverbrennung und der späten Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoffmenge basierend auf der Temperatur des Katalysators umfasst.
Mechanischen Vorrichtung, die einen Dieselmotor, eine Emissionsanlage mit einem zur Behandlung von NOx-Emissionen aus dem Dieselmotor ausgelegten Katalysator sowie ein Steuergerät mit Speicher, der darin gespeicherte ausführbare Befehle enthält, und mit einem Prozessor zum Ausführen der Befehle umfasst, wobei die ausführbaren Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um: – mindestens eine frühe Homogenisierungsverbrennung in dem Brennraum auszuführen; – eine Temperatur des Katalysators zu ermitteln; – die Temperatur des Katalysators mit einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert zu vergleichen; und, – wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als der vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, dann mindestes eines einer späten Homogenisierungsverbrennung und einer Diffusionsverbrennung in dem Brennraum auszuführen, um eine Temperatur der dem Katalysator gelieferten Abgase anzuheben, um dadurch die Temperatur des Katalysators anzuheben.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um die Temperatur des Katalysators direkt mittels eines dem Katalysator zugeordneten Temperaturfühlers zu ermitteln.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um die Temperatur des Katalysators indirekt aus anderen Motorvariablen zu ermitteln.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um mindestens eines von einer späten Homogenisierungsverbrennung und einer Diffusionsverbrennung durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei mindestens einem von einem Homogenisierungsverbrennungssteuerzeitpunkt oder Diffusionsverbrennungssteuerzeitpunkt an Stelle von Einspritzen von Kraftstoff bei einem frühen Homogenisierungssteuerzeitpunkt auszuführen.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um eine frühe Homogenisierungsverbrennung durch Einspritzen von Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt auszuführen.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um mindestens eine Diffusionsverbrennung oder späte Homogenisierungsverbrennung durch Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum bei einem Kurbelwinkel von zwischen vierzig Grad vor dem oberen Totpunkt und etwa achtzig Grad nach dem oberen Totpunkt auszuführen.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewählte Temperaturgrenzwert gleich oder zwischen etwa 175°C und 225°C ist.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um einen Einspritzdruck von für die frühe Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoff und einen Einspritzdruck von für die mindestens eine von Diffusionsverbrennung und später Homogenisierungsverbrennung eingespritzten Kraftstoff basierend auf der Temperatur des Katalysators anzupassen.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um eine Steuerzeitwahl einer Kraftstoffeinspritzung für die mindestens eine von Diffusionsverbrennung und später Homogenisierungsverbrennung basierend auf der Temperatur des Katalysators anzupassen.
Mechanische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Befehle durch den Prozessor ausführbar sind, um eine für die frühe Homogenisierungsverbrennung und für die mindestens eine von Diffusionsverbrennung und später Homogenisierungsverbrennung eingespritzte Kraftstoffmenge basierend auf der Temperatur des Katalysators anzupassen.
System, welches umfasst: einen Motor mit einem Brennraum; eine zur Behandlung von Emissionen des Motors ausgelegte Nachbehandlungsvorrichtung; und ein Steuergerät, das dafür ausgelegt ist: mindestens eine frühe Homogenisierungsverbrennung in dem Brennraums auszuführen; Ermitteln einer Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung; und, wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als ein vorgewählter Temperaturgrenzwert ist, dann Ausführen mindestens einer späten Homogenisierungsverbrennung, Diffusionsverbrennung oder Fremdzündungsverbrennung in dem Brennraum, um eine Temperatur der der Nachbehandlungsvorrichtung gelieferten Abgase anzuheben.