DE102009053462B4 - Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet, dass die selbstzündende Brennkraftmaschine in ihrem gesamten emissionsrelevanten Kennfeldbereich mit einem λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der DE 10 2005 059 451 A1 ist es für einen Dieselmotor bekannt, im volllastnahen Bereich und in Beschleunigungsphasen eine NOx-Konvertierung dadurch durchzuführen, dass der Dieselmotor mit einem Luftverhältnis λ = 1 und zusammen mit einem 3-Wege-Katalysator betrieben wird.
  • Aus der DE 10 2006 041 674 A1 sind ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Dieselmotors bekannt. Der Dieselmotor weist als Abgasnachbehandlungssystem einen Katalysator mit 3-Wege-Konvertierungseigenschaften auf. Der Lambda-Wert des Kraftstoff/Luftgemisches wird durch Eingriffe in das Luftsystem des Dieselmotors zwischen 0,8 und 1,2 gehalten.
  • Aus der DE 196 43 053 C1 ist ein Verfahren zur Reduzierung von Stickstoffoxid-Emissionen einer direkteinspritzenden Otto-Brennkraftmaschine bekannt. Gemäß diesem Dokument ist in der Frischgasleitung stromauf der Einmündung der Abgasrückführungsleitung eine Drosselklappe angeordnet, deren Stellung den Frischluftmassenstrom durch die Frischgasleitung regelt. Die Verbrennungsluft für die Brennkraftmaschine ist aus Frischluft und rückgeführtem Abgas durch ein Abgasrückführungsventil und die Drosselklappe regelbar.
  • Aus der DE 10 2006 014 996 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem voll variablen Ventiltrieb bekannt. Ferner ist aus der DE 102 01 016 A1 bekannt, dass das extern rückgeführte Abgas eine Hochdruck-Abgasrückführung ist und dass zum Erhöhen der Masse des extern rückgeführten Abgabe dieses gekühlt wird.
  • Im allgemein werden Dieselmotoren jedoch mit einem Luftüberschuss mit λ > 1,05 betrieben. Aufgrund der zu erwartenden hohen Russemission beim Dieselmotor ist bis heute eine beispielsweise im Teillastbetrieb länger andauernde λ = 1 Verbrennung nicht umgesetzt worden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine hinsichtlich des Schadstoffausstoßes im emissionsrelevanten Kennfeldbereich zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die selbstzündende Brennkraftmaschine in ihrem gesamten emissionsrelevanten Kennfeldbereich mit einem λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 betrieben wird.
  • Dies hat den Vorteil, dass sich eine erhebliche Reduzierung von NOx-Emissionen ergibt.
  • Zum möglichst genauen Einstellen des gewünschten λ-Wertes wird in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ein Sauerstoffgehalt einer Ladung für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bestimmt und aus diesem Sauerstoffgehalt eine Kraftstoffmenge für diese Ladung derart bestimmt, dass sich ein λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 ergibt. Hierbei umfasst die Ladung Verbrennungsluft und rückgeführtes Abgas aus einer internen und/oder einer externen Abgasrückführung.
  • Einen besonders zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine mit λ-Werten zwischen 0,95 und 1,05 erzielt man dadurch, dass der Sauerstoffgehalt mittels einer Lambdasonde bestimmt wird.
  • Eine gute Verträglichkeit des λ≈1-Betriebes ohne übermäßigen Partikelausstoß sowie ohne übermäßige gasförmige Emissionen erzielt man dadurch, dass die Kraftstoffmenge für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine in mehreren Einzelportionen getaktet eingespritzt wird.
  • Dadurch, dass die Kraftstoffmenge für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine über Mehrlochdüsen in den Brennraum eingespritzt wird, erzielt man besonders kleine Kraftstofftröpfchen mit entsprechend verbesserter Kraftstoffverdampfung, so dass eine gute Verträglichkeit des λ≈1-Betriebes ohne übermäßigen Partikelausstoß sowie ohne übermäßige gasförmige Emissionen erzielt wird.
  • Eine weitere Verbesserung des Betriebes der Brennkraftmaschine mit einem Lambdawert von ungefähr 1 erzielt man dadurch, dass ein Massenstrom des rückgeführten Abgases bestimmt und aus dem Massenstrom des rückgeführten Abgases eine Kraftstoffmenge derart bestimmt wird, dass sich ein λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 ergibt. Zweckmäßigerweise wird der Massenstrom mittels eines AGR-Massenstromsensors bestimmt.
  • Zum Einstellen eines Wertes λ≈1 wird gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Reduzieren eines Ladedruckes auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform bleibt ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 konstant.
  • Zum Einstellen eines Wertes λ≈1 wird gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Ansteuern eines ladeluftseitigen Wastegateventils auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Ausschieben eines Teils einer zuvor angesaugten Luftmasse erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch ein spätes Einlass schließt auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels eines Verkürzen des Ansaugvorganges, wodurch weniger Luftmasse angesaugt wird, erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch ein frühes Einlass schließt auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Methode zum Absenken der Luftmasse einer Ladung wird gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Verringern eines effektiven Einlassquerschnittes auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant. Der effektive Einlassquerschnitt wird beispielsweise durch eine Maximalhubabsenkung der Einlassventile verringert.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Verringern der Anzahl der Ansaugöffnungen, wodurch weniger Luftmasse angesaugt wird, erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Abschalten wenigstens eines Einlassventils auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Reduzieren der angesaugten Luftmasse erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Drosseln einer Ansaugluft vor einem Einlassventil der Brennkraftmaschine auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine pro Zündvorgang eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Reduzieren der Dichte der angesaugten Luftmasse erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Aufheizen der angesaugten Luftmasse auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine pro Zündvorgang eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Änderung der inneren Abgasrückführung erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Ändern von Auslasssteuerzeiten und/oder Ventilhüben von Auslassventilen auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine pro Zündvorgang eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant. Das Ändern der Ventilhübe umfasst beispielsweise ein mehrfaches Öffnen und Schließen wenigstens eines Auslassventils während eines Ladungswechseltaktes.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Änderung der externen Abgasrückführung erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Erhöhung einer Masse von extern rückgeführtem Abgas auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional eine pro Zündvorgang eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant. Das extern rückgeführte Abgas ist beispielsweise eine Hochdruck- oder eine Niederdruck-Abgasrückführung. Zum Erhöhen der Masse des extern rückgeführten Abgases wird dieses beispielsweise gekühlt.
  • Ein Einregeln der gewünschten Luftmasse mittels Änderung der externen Abgasrückführung erzielt man dadurch, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Erhöhung einer pro Zündvorgang eingespritzten Kraftstoffmasse auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird. Hierbei bleibt optional ein Ladedruck gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss konstant.
  • Eine besonders gute Reduktion eines Schadstoffausstoßes erzielt man dadurch, dass die Brennkraftmaschine mit einem 3-Wege-Katalysator betrieben wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Dieselmotor im gesamten emissionsrelevanten Kennfeldbereich mit einem λ-Wert im Bereich von 0,95 bis 1,05 zu betreiben. Vorteilhaft ist es dabei, die Brennkraftmaschine mit einem 3-Wege-Kat zu betreiben, um zusammen mit einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis (λ ≈ 1) die Schadstoffe, vor allem die Stickoxidemission, ganz entscheiden zu reduzieren.
  • Vorteilhafte Maßnahmen, um im gesamten Kennfeldbereich den erwähnten λ ≈ 1-Betrieb einzustellen, sind im folgenden aufgeführt.
  • Das Luftverhältnis wird durch Reduzierung des Ladedrucks oder ein luftseitiges Wastegate auf λ ≈ 1 abgesenkt. Hierbei bleibt dann die eingespritzte Kraftstoffmasse konstant.
  • Eine weitere Variante ist das Einregeln der erforderlichen Luftmasse durch einen variablen Ventiltrieb (VVT), beispielsweise durch ein spätes „Einlass schließt“. Dabei wird ein Einlassventil erst nach einem OT eines Hubkolbens geschlossen, so dass Gasmasse entsprechend dem Wunsch-Luftverhältnis wieder aus einem Brennraum zurück in einen Einlasskanal ausgeschoben wird. Bei konstanter eingespritzter Kraftstoffmasse sinkt damit das Luftverhältnis. Ein frühes „Einlass schließt“ führt zu weniger angesaugten Luftmasse und bei gleicher Kraftstoffmasse ebenfalls zu einer Lambda-Absenkung.
  • Durch Verringerung des effektiven Einlassquerschnitts, beispielsweise mittels einer Maximalhubabsenkung, wird die gewünschte Luftmasse zum Erreichen des λ ≈ 1 abgesenkt. Bei Dieselmotoren mit mehr als einem Einlassventil pro Zylinder wird durch Abschalten eines oder mehrerer dieser Ventile der λ ≈ 1 erreicht.
  • Ein Drosseln der Ansaugluft, beispielsweise mittels einer Drossel- oder Abstellklappe vor dem Einlassventil, führt ebenfalls zur Lambda-Absenkung.
  • Weiterhin wird durch eine Luftaufheizung die Luftmasse verringert, was ebenfalls zu einer Lambda-Absenkung führt, da das angesaugte Luftvolumen zwar gleich bleibt, jedoch eine geringere Dichte und damit eine geringere Masse aufweist.
  • Ein variabler Ventiltrieb ermöglicht eine Anpassung der inneren Abgasrückführung (iAGR) zur λ ≈ 1 Einregelung durch Änderung der Auslasssteuerzeiten oder Ventilhübe bis zur vollständigen Abschaltung von Ventilen. Mehrfaches Öffnen der Auslassorgane ist eine mögliche Maßnahme zur Erzeugung von innerer Abgasrückführung (iAGR) für die λ ≈ 1 Einregelung. Weiterhin wird durch eine Erhöhung des Abgasgegendruckes die iAGR gesteigert.
  • Durch eine Erhöhung der äußeren AGR, beispielsweise eine Hochdruck(HD)-oder Niederdruck(ND)-AGR mit Kühlung, wird der Luftverhältniswert λ ebenfalls abgesenkt. Bei dieser Verfahrensvariante wird dann der Ladedruck und/oder die pro Zündvorgang bzw. pro Arbeitstakt in einen Brennraum eingespritzte Kraftstoffmasse konstant gehalten.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, das Luftverhältnis auf λ ≈ 1 durch Erhöhung der pro Zündvorgang bzw. Arbeitstakt eines Hubkolbens eingespritzten Kraftstoffmasse abzusenken.
  • Mit den folgenden Maßnahmen wird der dieselmotorische Betrieb unter λ ≈ 1 ermöglicht, ohne dass es zu unverhältnismäßigen Partikel- und gasförmigen Emissionen kommt.
  • Durch neuartige Einspritzdüsengeometrien werden auch die Luftverhältniswerte λ entscheidend beeinflusst. So führen Mehrlochdüsen infolge einer verbesserten Kraftstoffverdampfung (kleinere Kraftstofftröpfchen) zu einer örtlichen λ-Absenkung.
  • Durch eine homogene Gemischbildung von neuartigen Verbrennungsverfahren (frühe Einspritzung, viel AGR, ...) wird ein λ-Wert von ca. 1,0 erreicht.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, den Kraftstoff in mehreren Einzelportionen getaktet bis zu λ ≈ 1 in den Brennraum einzubringen, da hierdurch eine bessere Gemischaufbereitung erzielt wird.
  • Durch erhöhten Einspritzdruck wird in der gleichen Zeitspanne mehr Kraftstoff eingebracht, der zusätzlich feiner verteilt ist und homogener aufbereitet wird.
  • Durch Modifikationen an den Kraftstoffeigenschaften kann eine bessere Verdampfung und damit eine optimale Gemischbildung erzielt werden, die den λ ≈ 1 Betrieb ermöglicht.
  • Mit einer Lambdasonde im Ansaugtrakt wird bei Einsatz von äußerer AGR der Sauerstoffgehalt der Ladung ermittelt und damit die zulässige Kraftstoffmenge für den λ ≈ 1 Betrieb bestimmt.
  • Eine weitere Möglichkeit bei Einsatz von äußerer AGR die benötigte exakte Information zum Einregeln des Zustands zu erhalten, ist der Einsatz eines AGR-Massenstromsensors.
  • In Verbindung mit einem variabeln Ventiltrieb (VVT) ergeben sich zusätzlich mehrere Möglichkeiten, die Schadstoffe weiter zu reduzieren, um mindestens die Voraussetzungen für EU6 zu erfüllen. Mit dem VVT ist es beispielsweise möglich, den λ ≈ 1-Betrieb des Dieselmotors nicht nur im volllastnahen Bereich umzusetzen, sondern ihn auch auf das ganze Motorkennfeld auszudehnen. Mittels eines späten „Einlass schließt“ wird eine erforderliche Luftmasse eingeregelt. Eine überschüssige Gasmasse wird entsprechend dem Wunsch-Luftverhältnis wieder in den Einlasstrakt ausgeschoben. Mittels eines frühen „Einlass schließt“ wird weniger Luftmasse angesaugt. Bei gleich bleibender Kraftstoffmasse sinkt in beiden Fällen das Luftverhältnis.
  • Durch Drosseln der Ansaugluft, beispielsweise durch eine Drossel- oder Abstellklappe vor dem Einlassventil, wird ebenso eine λ-Absenkung erzielt, wie beispielsweise auch durch eine Luftmassenverringerung durch Luftaufheizung.
  • Eine Verringerung des effektiven Einlassventilquerschnitts mittels Maximalhubabsenkung und/oder durch Abschalten von Ventilen, wenn mehr als ein Einlassventil pro Zylinder vorhanden ist, führt über die Reduzierung der angesaugten Luftmasse auch zum Erreichen des λ ≈ 1-Bereichs.
  • Ziel ist die optimale Änderung/Anpassung der Füllung des Zylinders im OT, d.h. das Niveau der Verdichtung soll zu Beginn und zum Ende des Verbrennungsvorgangs variabel sein.
  • Kraftstoffseitig besteht die Möglichkeit, durch Erhöhung der eingespritzten Kraftstoffmasse das Luftverhältnis λ abzusenken. Weiterhin wird vorgeschlagen, durch Verwendung von Kraftstoffen, die russarm verbrennen, wie Naphtha oder ähnliches, die Verträglichkeit des Dieselmotors für λ ≈ 1-Betrieb zu erhöhen.
  • Maßnahmen, die die Verträglichkeit der aufgeführten Möglichkeiten für den Dieselmotor erhöhen, liegen auch im regelungstechnischen Bereich.
  • Über eine zweite Lambdasonde, die im Ansaugtrakt angeordnet ist, wird bei Einsatz von äußerer AGR der Sauerstoffgehalt der Ladung ermittelt, um damit die zulässige (nötige) Kraftstoffmenge zu ermitteln. Damit wird ein Einregeln auf einen Wert λ ≈ 1 erzielt. Ein AGR-Massenstromsensor liefert für die Verwendung von äußerer AGR ebenso exakte Informationen zum Einregeln eines λ ≈ 1-Wertes.
  • Für Ottomotoren hat sich hinsichtlich der Reduzierung der NOx-Emissionen der Drei-Wege-Katalysator (G-Kat) etabliert. Die Umwandlungsrate der Abgase liegt durch den Drei-Wege-Katalysator und bei λ ≈ 1-Betrieb bei über 90%.
  • Die G-Kat-Technologie war bisher für Dieselmotoren uninteressant, da diese bei Luftüberschuss (λ > 1,05) betrieben werden. Dieselmotoren sind daher mit einem Oxidationskatalysator ausgerüstet, der etwa 80% der nicht oder nur teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) in Wasserdampf (H2O) und Kohlendioxid (CO2) umwandelt und Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert. Für die zu reduzierenden Stickoxide (NOx) bietet der Oxidationskatalysator aufgrund des Sauerstoffüberschusses keine Umsetzungsmöglichkeit. Hierfür ist eine Abgasrückführung (AGR) erforderlich.
  • Es wird vorgeschlagen, die Drei-Wege-Kat-Technik auch beim Dieselmotor anzuwenden. Hierbei wird der Dieselmotor im gesamten Kennfeldbereich mit einem 3-Wege-Kat und λ ≈ 1 betrieben. Der 3-Wege-Kat reduziert zusammen mit dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis λ ≈ 1 die Schadstoffe, vor allem die Stickoxidemission, ganz entscheidend.
  • Im Sinne der Gesamtoffenbarung dieser Anmeldung ist voranstehend mit λ ≈ 1 im Wesentlichen ein Lambdawert im Bereich von 0,95 bis 1,05 gemeint, wobei geringfügige Abweichungen dieser Ober- bzw. Untergrenze explizit einbezogen sind.
  • In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein Drehmoment/Drehzahlkennfeld einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt. Die äußere Umhüllende stellt die Volllastgrenze über der Drehzahl dar. Im Übrigen ist das Kennfeld in insgesamt drei Bereiche I, II und III unterteilt.
  • Im Bereich I liegt der bekannte, konventionelle Dieselbetrieb mit Lambdawerten von knapp oberhalb 1,1 vor. Dieser Bereich I erstreckt sich von niedrigen Drehzahlen ausgehend in einen relativ laststarken Bereich, um dann zu höheren Drehzahlen auch zu niedrigen Lasten abzufallen.
  • In den beiden Bereichen II und III werden die erfindungsgemäß aufgezeigten Maßnahmen zum Teil in unterschiedlichen Kombinationen angewendet. In dem Bereich II wird mit ca. Lambda 1,0 gefahren, wobei sich in der Praxis Schwankungen im Bereich von 0,95 bis 1,05 einstellen. In diesem Bereich II werden die entstehenden NOx-Emissionen durch einen 3-Wege Katalysator reduziert. In diesem Bereich II ist das Brennverfahren soweit homogenisiert, dass praktisch keine Russproblematik auftritt. Die entstehenden NOXe stellen, wie bereits erwähnt, hier kein Problem dar. Allerdings ist durch den im Bereich II gefahrenen Lambdawert der Kraftstoffverbrauch relativ ungünstig.
  • Im Bereich III, der sich über einen vergleichsweise großen Drehzahlbereich und niedrige Lasten erstreckt, wird ein emissionsoptimierter, homogenisierter Betrieb mit Lambdawerten von ca. 1,1 oder größer gefahren. In diesem Bereich ist die NOx-Problematik nicht gegeben, jedoch werden wegen der Russproblematik die erfindungsgemäßen Maßnahmen angewendet.
  • Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, die Trennlinie zwischen den Bereichen II und III zu höheren Drehmomenten bzw. Lasten zu verschieben. Dieses hat den Vorteil einer Kraftstoff- und damit auch einer Emissionsreduktion, da der Bereich II mit den vorgenannt relativ ungünstigen Verbrauchswerten verkleinert werden kann.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet, dass die selbstzündende Brennkraftmaschine in ihrem gesamten emissionsrelevanten Kennfeldbereich mit einem λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ein Sauerstoffgehalt einer Ladung für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine bestimmt und aus diesem Sauerstoffgehalt eine Kraftstoffmenge derart bestimmt wird, dass sich ein λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 ergibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung Verbrennungsluft und rückgeführtes Abgas aus einer internen und/oder einer externen Abgasrückführung umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt mittels einer Lambdasonde bestimmt wird.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine in mehreren Einzelportionen getaktet eingespritzt wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge für eine Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine über Mehrlochdüsen in den Brennraum eingespritzt wird.
  7. Verfahren nach wenigstens Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenstrom des rückgeführten Abgases bestimmt und aus dem Massenstrom des rückgeführten Abgases eine Kraftstoffmenge derart bestimmt wird, dass sich ein λ-Wert zwischen 0,95 und 1,05 ergibt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom mittels eines AGR-Massenstromsensors bestimmt wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Reduzieren eines Ladedruckes auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 ein Ladedruck konstant bleibt.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Ansteuern eines luftseitigen Wastegates auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch ein spätes Einlass schließt auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch ein frühes Einlass schließt auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Verringern eines effektiven Einlassquerschnittes auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Einlassquerschnitt durch eine Maximalhubabsenkung verringert wird.
  16. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Abschalten wenigstens eines Einlassventils auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  17. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Drosseln einer Ansaugluft vor einem Einlassventil der Brennkraftmaschine auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  18. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Aufheizen der angesaugten Luftmasse auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  19. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Ändern von Auslasssteuerzeiten und/oder Ventilhüben von Auslassventilen auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Ventilhübe ein mehrfaches Öffnen und Schließen wenigstens eines Auslassventils während eines Ladungswechseltaktes umfasst.
  21. Verfahren nach wenigstens Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Erhöhung einer Masse von extern rückgeführtem Abgas auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  22. Verfahren nach wenigstens Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das extern rückgeführte Abgas eine Hochdruck- oder eine Niederdruck-Abgasrückführung ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhöhen der Masse des extern rückgeführten Abgases dieses gekühlt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 eine eingespritzte Kraftstoffmenge pro Zündvorgang konstant bleibt.
  25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einem Betrieb der selbstzündenden Brennkraftmaschine mit Luftüberschuss mit λ>1,05 der λ-Wert durch Erhöhung einer pro Zündvorgang eingespritzten Kraftstoffmasse auf 0,95 ≤ λ ≤ 1,05 abgesenkt wird.
  26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mit einem 3-Wege-Katalysator betrieben wird.
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