DE102012022156A1

DE102012022156A1 - Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor sowie Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE102012022156A1
Application number: DE201210022156
Authority: DE
Inventors: Peter Alberti
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-10
Filing date: 2012-11-10
Publication date: 2014-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor (10), bei dem der Kraftstoff mittels mindestens eines Einspritzventils (34) in einen Brennraum (20) eines Zylinders (12) des Dieselmotors (10) eingespritzt wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung eine Mehrzahl von Einspritzvorgängen umfasst, mit denen jeweils eine Teilmenge einer pro Arbeitszyklus zuzuführenden Gesamtkraftstoffmenge eingespitzt wird, und wobei die Einspritzvorgänge mindestens eine, in einem Kompressionstakt des Zylinders (12) beginnende Haupteinspritzung (HE) umfassen. Es ist vorgesehen, dass die Einspritzvorgänge zumindest zwei, der Haupteinspritzung (HE) nachgelagerte Nacheinspritzungen (NE1, NE2) umfassen, deren Einspritzbeginn (tNE1, tNE2) jeweils so gewählt wird, dass die mit den Nacheinspritzungen (NE1, NE2) zugeführten Kraftstoffmengen (mNE1, mNE2) an der Verbrennung innerhalb des Zylinders (12) teilnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor sowie eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.
Üblicherweise erfolgt bei (selbstzündenden) Dieselmotoren die Kraftstoffeinspritzung mittels Einspritzventilen direkt in die Brennräume der Zylinder des Motors. Insbesondere bei heute verbreiteten Common-Rail-Einspritzanlagen lassen sich dabei die Einspritzmuster sehr variabel gestalten und werden häufig mit mehreren Einspritzvorgängen durchgeführt, mit denen jeweils Teilmengen einer pro Arbeitszyklus zuzuführenden Gesamtkraftstoffmenge eingespitzt wird. Ziel ist dabei, den Verbrennungsvorgang so zu beeinflussen, dass unerwünschte Abgasemissionen und Verbrennungsgeräusche reduziert werden. Bedarfsweise soll zudem die Abgastemperatur erhöht werden, beispielweise, um einen nachgeschalteten Abgaskatalysator aufzuheizen oder einen Partikelfilter zu regenerieren. Typischerweise umfassen die Einspritzvorgänge beispielsweise ein bis zwei Voreinspritzungen (auch Piloteinspritzung genannt), mindestens eine, in einem Kompressionstakt des Zylinders beginnende (häufig auch endende) Haupteinspritzung und eine, der Haupteinspritzung nachgelagerte Nacheinspritzung. Letztere erfolgt üblicherweise zu einem Zeitpunkt, der die Teilnahme des mit der Nacheinspritzug zugeführten Kraftstoffs an den Verbrennungsvorgang sicherstellt, wodurch der Verbrennungsvorgang verlängert wird.
DE 10 2004 045 365 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor, wobei statt einer Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung mittels einer Multieinspritzdüse eine serielle Einspritzung, umfassend eine sehr hohe Anzahl Mikroeinspritzungen, vorgenommen wird. Die Mikroeinspritzungen erfolgen mit einer Taktung von bis zu 100 Hz. Zudem weist die Multieinspritzdüse eine Anzahl von 100.000 Bohrungen mit Durchmessern von je 1 μm auf, so dass es zu einer noch weiteren Verteilung des Kraftstoffs kommt („Ultraschalldispersion”).
Zudem ist bekannt, dass sehr spät nach einer Haupteinspritzung erfolgende Späteinspritzungen während des Expansionstakts des Zylinders (also nach ZOT) zu einer Anhebung der Abgastemperatur sowie der HC-Rohemissionen führt, da der nacheingespritzte Kraftstoff nicht oder nur teilweise an der Verbrennung innerhalb des Zylinders teilnimmt. Nacheinspritzungen während des Expansionstaktes werden somit als motorische Maßnahme zur Katalysatorheizung oder zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration eingesetzt.
So beschreibt DE 196 39 172 A1 , eine Kraftstoffeinspritzung bei einem Dieselmotor in drei Phasen durchzuführen. Dabei beginnt die erste Phase bei 40 bis 5°KW (Kurbelwellenwinkel) vor oberem Totpunkt (ZOT) und umfasst einen Einspritzvorgang. Die zweite Phase, die einen längeren oder mehrere kürzere, z. B. drei, Einspritzvorgänge umfasst, beginnt bei 15°KW vor ZOT bis 5°KW nach ZOT. Der Einspritzbeginn der dritten Phase schließlich liegt bei 5 bis 330°KW nach ZOT und besteht aus mindestens einem Einspritzimpuls, beispielsweise zwei Einspritzvorgängen. (Alle KW-Angaben beziehen sich auf den Ansteuerbeginn des Injektors.) Die in der dritten Phase erzeugten unverbrannten Kohlenwasserstoffe HC dienen als Reduktionsmittel für einen Abgaskatalysator. Die eingespritzten Kraftstoffmengen der ersten und dritten Phase betragen jeweils 0,5 bis 15 mg/HUB, entsprechend 1 bis 20% der Menge der zweiten Phase je nach Lastpunkt der Brennkraftmaschine.
Aus EP 1 035 314 A2 ist die Durchführung einer Mehrfacheinspritzung in einen Dieselmotor bekannt, deren Einspritzvorgänge so optimiert sind, dass eine selbstauslösende Partikelfilterregeneration ermöglicht wird. Die dort beschriebene Strategie sieht vor, neben einer oder zwei Haupteinspritzungen (,MAIN') eine der Haupteinspritzung dicht nachgelagerte Nacheinspritzung (,AFTER') vorzunehmen, welche den Verbrennungsvorgang verlängert und Partikelemissionen reduziert, und eine Späteinspritzung (,POST') während des Expansionstakts vorzunehmen, mit denen die Abgastemperatur und die HC-Rohemission zwecks der Partikelfilterregeneration angehoben werden soll. Die Nacheinspritzung (,AFTER') beginnt mit einem Abstand zum Einspritzende der letzten Haupteinspritzung von ≥ 80 μs und liegt im Bereich von 0 bis 100°KW nach ZOT. Die Späteinspritzung (,POST') beginnt mit einem Abstand zum Einspritzende der Späteinspritzung (,AFTER') von ≥ 280 μs und liegt im Bereich von 20 bis 210°KW nach ZOT.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik schlägt US 7,140,345 B2 vor, die Späteinspritzung (,POST') in drei oder mehr Einspritzungen aufzusplitten, um eine unerwünschte Schmierölverdünnung vorzubeugen. Die Nacheinspritzung (,AFTER') beginnt wie oben mit einem Abstand zum Einspritzende der letzten Haupteinspritzung von zumindest 80 μs und liegt im Bereich von 0 bis 100°KW nach ZOT. Die erste Späteinspritzung (,POST') beginnt mit einem Abstand zum Einspritzende der Späteinspritzung (,AFTER') von zumindest 89 μs und liegt im Bereich von 20 bis 210°KW nach ZOT.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor vorzuschlagen, mit dem Abgasemissionen, insbesondere auch Rußpartikelemissionen, vermindert werden, ohne einen Kraftstoffmehrverbrauch zu verursachen. Es soll ferner eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor sowie durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Kraftstoff mittels mindestens eines Einspritzventils in einen Brennraum eines Zylinders des Dieselmotors eingespritzt. Dabei umfasst die Kraftstoffeinspritzung eine Mehrzahl von Einspritzvorgängen, mit denen jeweils eine Teilmenge einer pro Arbeitszyklus zuzuführenden Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Einspritzvorgänge umfassen mindestens eine, in einem Kompressionstakt des Zylinders beginnende Haupteinspritzung. Erfindungsgemäß umfassen die Einspritzvorgänge zudem zumindest zwei, der Haupteinspritzung nachgelagerte Nacheinspritzungen, deren Einspritzbeginn jeweils so gewählt wird, dass die mit den Nacheinspritzungen zugeführten Kraftstoffmengen an der innerhalb des Zylinders stattfindenden Verbrennung teilnehmen, das heißt wirkungsgradwirksam sind.
Statt also – wie im Stand der Technik bekannt – lediglich eine wirkungsgradwirksame Nacheinspritzung durchzuführen, werden erfindungsgemäß somit zumindest zwei wirkungsgradwirksame Nacheinspritzungen vorgenommen. Überraschend wurde nun gefunden, dass auf diese Weise die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, Kohlenmonoxid CO und insbesondere auch von Ruß signifikant verringert werden. Ohne sich auf einen theoretischen Hintergrund einzuschränken, wird vermutet, dass durch die zumindest eine zusätzliche Nacheinspritzung die Turbolenz im Brennraum des Zylinders erhöht wird, wodurch eine verlängerte Oxidation des Kraftstoffs erzielt wird. Da die dicht nachgelagerten Nacheinspritzungen wirkungsgradwirksam sind, das heißt ein nutzbares Drehmoment erzeugen, wird die für ein gewünschtes Drehmoment einzuspritzende Gesamtkraftstoffmenge auf sämtliche wirkungsgradwirksamen Einspritzvorgänge verteilt. Somit ist die erfindungsgemäße Verfahrensweise im Wesentlichen ohne ein Kraftstoffmehrverbrauch durchführbar.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung nehmen die mit den Nacheinspritzungen zugeführten Kraftstoffmengen zu wenigstens 90%, insbesondere zu wenigstens 98% an der Verbrennung innerhalb des Zylinders teil. Vorzugsweise nimmt die nacheingespritzte Kraftstoffmenge im Wesentlichen vollständig an der Verbrennung teil, das heißt sie ist vollständig wirkungsgradwirksam. Auf diese Weise wird einerseits die erwünschte Emissionsreduzierung verstärkt und andererseits ein Mehrverbrauch an Kraftstoff vermieden.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Nacheinspritzungen zwei. Es hat sich nämlich gezeigt, dass mit bereits einer gegenüber dem Stand der Technik zusätzlichen Nacheinspritzung deutliche Abgasemissionsreduzierungen zu erzielen sind.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Kraftstoffmenge der ersten, der Haupteinspritzung nachgelagerten Nacheinspritzung im Bereich von 0,5 bis 5 mg/HUB, insbesondere im Bereich von 1 bis 4 mg/HUB und besonders bevorzugt bei etwa 2 bis 3 mg/HUB. Demgegenüber haben sich tendenziell geringere Kraftstoffmengen für die nachfolgende(n) Nacheinspritzung(en) bewährt. So sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Kraftstoffmenge der zweiten und gegebenenfalls weiteren Nacheinspritzungen jeweils höchstens 2 mg/HUB, insbesondere höchstens 1 mg/HUB und besonders bevorzugt 0,5 bis 1 mg/HUB beträgt. Vorzugsweise werden die vorgenannten Kraftstoffmengen für die frühste Nacheinspritzung und die folgenden Nacheinspritzungen in Kombination miteinander angewendet. Sie führen insbesondere zu einer besonders geringen Rußemission.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung beträgt ein Abstand zwischen einem Einspritzende der spätesten (oder einzigen) Haupteinspritzung und dem Einspritzbeginn der frühsten Nacheinspritzung höchsten 200 μs, insbesondere höchstens 150 μs, vorzugsweise höchstens 90 μs. Das gleiche gilt für die Abstände zweier Nacheinspritzungen, insbesondere dem Abstand zwischen einem Einspritzende einer Nacheinspritzung und dem Einspritzbeginn einer folgenden Nacheinspritzung. Die vorgenannten Abstände gewährleisten einerseits die Teilnahme der nacheingespritzten Kraftstoffmengen am Verbrennungsvorgang innerhalb des Zylinders und andererseits geringe Schadstoffemissionen.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung werden die Einspritzvorgänge so eingerichtet, dass ein Einspritzende der spätesten Nacheinspritzung (das heißt bei insgesamt zwei Nacheinspritzungen, das Einspritzende der zweiten Nacheinspritzung) spätestens bei 30°KW nach oberem Totpunkt (OT) vorzugsweise spätestens bei 20°KW nach OT liegt. Die genaue Lage des Einspritzendes der spätesten Nacheinspritzung ist abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt des Motors, welcher die insgesamt zuzuführende Gesamtkraftstoffmenge bestimmt.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Einspritzverfahren neben Haupteinspritzung und den Nacheinspritzungen weitere Einspritzvorgänge umfassen. Vorzugsweise umfassen diese ferner zumindest eine der zumindest einen Haupteinspritzung vorgelagerte Voreinspritzung, insbesondere eine, zwei oder drei Voreinspritzungen. Typischerweise werden die Voreinspritzungen in der ersten Hälfte des Kompressionstaktes durchgeführt. Die Voreinspritzungen dienen in erster Linie der Reduzierung der Schallemissionen.
Ferner können die Einspritzvorgänge zumindest eine, den zumindest zwei Nacheinspritzungen nachgelagerte Späteinspritzung umfassen, deren Einspritzbeginn so gewählt ist, dass der hiermit zugeführte Kraftstoff höchstens zu 10% an der Verbrennung innerhalb des Zylinders teilnimmt, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig unverbrannt den Zylinder verlässt. Eine solche Späteinspritzung wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn ein Abgaskatalysator einer nachgeschalteten Abgasanlage erwärmt oder ein Partikelfilter regeneriert werden soll. Da der spät eingespritzte Kraftstoff nicht an der Verbrennung teilnimmt, ist er im Wesentlichen nicht wirkungsgradwirksam. Vielmehr verbrennt er erst im Abgaskanal und/oder an den nachgeschalteten Abgaskomponenten, wodurch er diese erwärmt und/oder regeneriert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung für einen Dieselmotor, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kraftstoffeinspritzung in den Dieselmotor eingerichtet ist. Zu diesem Zweck umfasst die Steuereinrichtung insbesondere einen entsprechenden computerlesbaren Algorithmus zur Ausführung des Verfahrens.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen einen Dieselmotor mit einer entsprechenden Steuereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Dieselmotor mit daran angeschlossenen Komponenten,
2 ein Kraftstoffeinspritzmuster in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens und
3A–E Verläufe der Rohemission verschiedener Abgasbestandteile sowie des Verbrauchs eines Dieselmotors in Abhängigkeit von den, mit den Nacheinspritzungen zugeführten Kraftstoffmengen.
1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten Dieselmotor, von dem hier lediglich ein einzelner Zylinder 12 dargestellt ist. Es versteht sich, dass der Dieselmotor 10 auch eine höhere Anzahl Zylinder 12 aufweisen kann. Der Zylinder 12 umfasst ein Zylindergehäuse 14, in dem ein Kolben 16 axial beweglich angeordnet ist. Zwischen einem Kolbenboden 18 des Kolbens 16 und einem Zylinderkopf 22 des Gehäuses 14 wird ein Brennraum 20 eingeschlossen. Über ein Lufteinlasskanal 24 erfolgt die Zufuhr von Verbrennungsluft in den Brennraum 20, wobei die zugeführte Luftmasse über eine Drosselklappe 26 eingestellt werden kann. Ein entsprechendes Einlassventil ist aus Übersichtsgründen hier nicht dargestellt. Der Brennraum 20 steht ferner mit einem Auslasskanal 28 in Verbindung, über den das Abgas abgeführt wird. Ein entsprechendes Auslassventil ist ebenfalls nicht dargestellt. Obwohl hier lediglich jeweils ein Einlasskanal 24 und ein Auslasskanal 28 dargestellt ist, kann der Zylinder bekanntermaßen auch über eine höhere Anzahl an Ein- und Auslasskanälen und entsprechenden Ein- und Auslassventilen verfügen.
Über den Auslasskanal 28 gelangt das Abgas in einen Abgaskanal 30, wo üblicherweise verschiedene Abgasnachbehandlungseinrichtungen angeordnet sind, beispielsweise ein Dieselpartikelfilter 32 und/oder ein oder mehrere Abgaskatalysatoren, beispielsweise Oxidationskatalysatoren.
Die Zufuhr von Kraftstoff in den Brennraum 20 des Zylinders 12 erfolgt mittels eines Einspritzventils 34, das beispielsweise ein Piezo-Injektor ist. Die Förderung des Kraftstoffs erfolgt aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank über eine Kraftstoffleitung 36 mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffförderpumpe bei einem Vordruck von wenigen bar. Durch eine Hochdruckkraftstoffpumpe 38 wird der Kraftstoff dann auf einen sehr hohen vorbestimmten Kraftstoffdruck komprimiert, der im üblichen Fahrzeugbetrieb beispielsweise im Bereich von 1500 bar liegt und in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Motors 10 vorgegeben wird. Mit diesem Druck (Raildruck p_R) wird der Kraftstoff in einem Speichervolumen 40, dem so genannten Common Rail, dem Einspritzventil 34 beziehungsweise den Einspritzventilen mehrerer oder aller Zylinder gemeinsam vorgelagert. Ein im Speichervolumen 40 angeordneter Drucksensor 42 misst den aktuellen Raildruck p_R.
Eine Steuereinrichtung 44 dient der Steuerung des Dieselmotors 10 und insbesondere seiner Kraftstoffeinspritzung. Zu diesem Zweck erhält die Steuereinrichtung 44 diverse Signale als Eingangsgrößen, beispielsweise eine Lastanforderung L durch einen Fahrer des Fahrzeugs in Form eines Pedalwertgebersignals, eine aktuelle Motordrehzahl n, den aktuellen Kurbelwinkel KW, den mit dem Drucksensor 42 gemessenen Raildruck p_R und weitere. In Abhängigkeit dieser Signale steuert die Steuereinrichtung 44 die verschiedenen Stellglieder des Systems an, beispielsweise die Drosselklappe 26, das Einspritzventil 34 sowie die Hochdruckpumpe 38. Insbesondere ermittelt die Steuereinrichtung 44 in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunkts des Motors 10, das heißt in Abhängigkeit von der Lastanforderung L und der Motordrehzahl n, eine Gesamtkraftstoffmenge, welche dem Zylinder 12 während eines Arbeitsspiels zuzuführen ist. Zudem ermittelt die Steuereinrichtung 44 die in den einzelnen Einspritzvorgängen eines Arbeitsspiels zuzuführenden Teilmengen, die in der Summe die Gesamtkraftstoffmenge ergeben. In Abhängigkeit von den so ermittelten Teilmengen der einzelnen Einspritzvorgänge sowie dem aktuellen Raildruck p_R im Speichervolumen 40, ermittelt die Steuereinrichtung 44 die Ventilöffnungszeiten Δt für jeden Einspritzvorgang. Zudem ermittelt die Steuereinrichtung 44 für jeden Einspritzvorgang den Ansteuerbeginn t. Entsprechend diesen Steuergrößen steuert die Steuereinrichtung 44 das Einspritzventil 34 an, so dass die einzelnen Einspritzvorgänge zu den vorbestimmten Ansteuerzeiten t (ausgedrückt in Kurbelwellenwinkeln °KW) beginnen und über die vorbestimmte Ventilöffnungszeit Δt erfolgen.
Ein typisches Einspritzmuster gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 2 in Form des Ansteuersignals dargestellt, mit dem die Steuereinrichtung 44 das Einspritzventil 34 in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel °KW ansteuert. Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „Einspritzbeginn” und „Einspritzende” benutzt werden, sind stets die Ansteuerzeiten des Einspritzventils 34 gemeint, d. h. der Einspritzbeginn t bedeutet den Ansteuerbeginn eines Einspritzvorgangs und das Einspritzende das Ansteuerende, wobei gilt Einspritzende = Ansteuerbeginn t + Ansteuerdauer Δt.
Gemäß dem dargestellten Beispiel, werden zunächst eine erste Voreinspritzung VE1 sowie eine zweite Voreinspritzung VE2 typischerweise in einem frühen Bereich des Kompressionstakts (Verdichtungstakt), insbesondere in der ersten Hälfte desselben durchgeführt. Das heißt der Einspritzbeginn t_VE1 der ersten Voreinspritzung VE1 und der Einspritzbeginn t_VE2 der zweiten Voreinspritzung VE2 liegen im Bereich von 35 bis 5°KW vor OT. Die Voreinspritzungen VE1 und VE2 dienen hauptsächlich der Reduzierung der Schallemission. Die Voreinspritzungen sind optional und ihre Anzahl kann null bis drei betragen.
Anschließend erfolgt eine Haupteinspritzung HE, deren Ansteuerbeginn t_HE ebenfalls im Kompressionstakt liegt. Die Haupteinspritzung erfolgt mit einer Ventilöffnungszeit von Δt_HE, welche die mit der Haupteinspritzung zugeführte Kraftstoffmenge bestimmt.
Dicht an die Haupteinspritzung HE angelagert, erfolgen zwei Nacheinspritzungen NE1 und NE2. Ihr Einspritzbeginn t_NE1 und t_NE2 ist jeweils so bemessen, dass ein Abstand zum Einspritzende (Ansteuerende) der jeweilig vorhergehenden Einspritzung, vorzugsweise höchstens 200 μs beträgt. Mit anderen Worten gilt: t_NE1 – (t_HE + Δt_HE) ≤ 200 μs sowie t_NE2 – (t_NE1 + Δt_NE1) ≤ 200 μs
Die Einhaltung dieser kleinen Abstände zwischen Haupteinspritzung HE und erster Nacheinspritzung NE1 beziehungsweise zwischen erster Nacheinspritzung NE1 und zweiter Nacheinspritzung NE2 gewährleistet, dass die mittels den beiden Nacheinspritzungen NE1, NE2 zugeführten Kraftstoffmengen im Wesentlichen vollständig an der Verbrennung teilnehmen, das heißt weitestgehend vollständig wirkungsgradwirksam sind. Die Ventilöffnungszeit Δt_NE1 der ersten Nacheinspritzung wird vorzugsweise so bestimmt, dass die mit dieser Nacheinspritzung NE1 zugeführte Kraftstoffmenge im Bereich von 0,5 bis 5 mg/HUB beträgt, vorzugsweise etwa 1 bis 4 mg/HUB, und wird abhängig vom Betriebspunkt des Motors vorbestimmt. Die Ventilöffnungszeit Δt_NE2 der zweiten Nacheinspritzung NE2 wird vorzugsweise so bemessen, dass die mit der zweiten Nacheinspritzung NE2 zugeführte Kraftstoffmenge höchstens 2 mg/HUB, bevorzugt 0,5 bis 1 mg/HUB beträgt.
In 2 ist ferner eine optional durchführbare Späteinspritzung SE dargestellt. Der Ansteuerbeginn t_SE der Späteinspritzung SE wird so gewählt, dass die mit der Späteinspritzung SE zugeführte Kraftstoffmenge nicht an der Verbrennung innerhalb des Zylinders 12 teilnimmt. Vielmehr wird diese beispielsweise für eine Regeneration des Dieselpartikelfilters 32 und/oder zur Katalysatorheizung in einer diesem System nachgeschalteten Abgasanlage durchgeführt, um die erforderliche Temperatur im Filter/Katalysator zu erzielen.
3A–C und E zeigen auf einem Motorprüfstand gemessene Rohemissionen verschiedener Abgasbestandteile eines Dieselmotors, der während der Messung beispielhaft bei einer konstanten Drehzahl von 2500 min^–1 und einem Drehmoment von 150 Nm gefahren wurde. Aus 3D ist der spezifische Verbrauch des Motors ersichtlich. Auf der Abszisse ist jeweils die mit der ersten Nacheinspritzung NE1 pro Zylinder und Hub zugeführte Kraftstoffmenge m_NE1 dargestellt. Diese wurde im Bereich von 0 bis 10 mg variiert. Als Basiswert wurde ein Testlauf durchgeführt, in dem nur die erste Nacheinspritzung NE1, nicht aber die zweite Nacheinspritzung NE2 erfolgte. Die Ergebnisse sind als Vergleichswert ebenfalls dargestellt (Kurve „nur NE1”). Somit stellt der Wert bei m_NE1 = 0 mg/HUB der Kurve „nur NE1” den Fall dar, dass keine der beiden Nacheinspritzungen NE1 oder NE2 erfolgte, sondern nur die Voreinspritzungen VE1, VE2 und die Haupteinspritzung HE. Außerdem wurden erfindungsgemäße Versuchsreihen durchgeführt, in denen neben der ersten Nacheinspritzung NE1 auch die zweite Nacheinspritzung NE2 durchgeführt wurde, wobei diese mit m_NE2 = 0,5 mg/HUB, 1,0 mg/HUB und 2,0 mg/HUB zugeführter Kraftstoffmenge erfolgte. Die Ordinaten stellen von oben nach unten die gemessenen Abgasbestandteile Kohlenwasserstoffe HC, Stickoxide NO_x, Ruß, spezifischer Verbrauch sowie Kohlenmonoxid CO (Fig. A bis E) dar.
Es ist erkennbar, dass die Emissionen von NO_x weitestgehend unabhängig von beiden Nacheinspritzungen, sowohl von NE1 als auch NE2 sind (siehe 3B). Hinsichtlich aller weiteren gemessenen Abgaskomponenten konnte durch die Durchführung der zweiten Nacheinspritzung NE2 stets eine Reduzierung gegenüber dem Vergleichsversuch „nur NE1”, bei dem nur die erste Nacheinspritzung NE1 erfolgte, erzielt werden. Bezüglich der Rußentwicklung werden niedrige Emissionen erzielt, wenn die Kraftstoffmenge der ersten Nacheinspritzung m_NE1 1 bis 5 mg/HUB beträgt und gleichzeitig die Kraftstoffmenge der zweiten Nacheinspritzung m_NE2 0,5 bis 1,0 mg/HUB beträgt (siehe 3C).
Bezugszeichenliste

10: Dieselmotor
12: Zylinder
14: Zylindergehäuse
16: Kolben
18: Kolbenboden
20: Brennraum
22: Zylinderkopf
24: Einlasskanal
26: Drosselklappe
28: Auslasskanal
30: Abgaskanal
32: Dieselpartikelfilter
34: Einspritzventil (Injektor)
36: Kraftstoffleitung
38: Hochdruckpumpe
40: Speichervolumen/Common Rail
42: Drucksensor
44: Steuereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004045365 A1 [0003]
DE 19639172 A1 [0005]
EP 1035314 A2 [0006]
US 7140345 B2 [0007]

Claims

Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor (10), bei dem der Kraftstoff mittels mindestens eines Einspritzventils (34) in einen Brennraum (20) eines Zylinders (12) des Dieselmotors (10) eingespritzt wird, wobei die Kraftstoffeinspritzung eine Mehrzahl von Einspritzvorgängen umfasst, mit denen jeweils eine Teilmenge einer pro Arbeitszyklus zuzuführenden Gesamtkraftstoffmenge eingespitzt wird, und wobei die Einspritzvorgänge mindestens eine, in einem Kompressionstakt des Zylinders (12) beginnende Haupteinspritzung (HE) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorgänge zumindest zwei, der Haupteinspritzung (HE) nachgelagerte Nacheinspritzungen (NE1, NE2) umfassen, deren Einspritzbeginn (t_NE1, t_NE2) jeweils so gewählt wird, dass die mit den Nacheinspritzungen (NE1, NE2) zugeführten Kraftstoffmengen (m_NE1, m_NE2) an der Verbrennung innerhalb des Zylinders (12) teilnehmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Nacheinspritzungen (NE1, NE2) zugeführten Kraftstoffmengen (m_NE1, m_NE2) zu wenigstens 90% an der Verbrennung innerhalb des Zylinders (12) teilnehmen, insbesondere zu wenigstens 98%, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig an der Verbrennung teilnehmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Nacheinspritzungen (NE1, NE2) zugeführten Kraftstoffmengen (m_NE1, m_NE2) vollständig wirkungsgradwirksam sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Nacheinspritzungen (NE1, NE2) zwei beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge (m_NE1) der frühesten Nacheinspritzung (NE1) im Bereich von 0,5 bis 5 mg/HUB liegt, insbesondere von 1 bis 4 mg/HUB, vorzugsweise 2 bis 3 mg/HUB beträgt und/oder die Kraftstoffmenge (m_NE2) der zweiten und gegebenenfalls weiteren Nacheinspritzungen (NE2) jeweils höchstens 1 mg/HUB und Zylinder (12), insbesondere höchstens 0,7 mg/HUB, vorzugsweise etwa 0,5 mg/HUB beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einem Einspritzende (t_HE + Δt_HE) der spätesten Haupteinspritzung (HE) und dem Einspritzbeginn (t_NE1) der frühesten Nacheinspritzung (NE1) und/oder ein Abstand zwischen einem Einspritzende (t_NE1 + Δt_NE1) einer der Nacheinspritzungen (NE1) und dem Einspritzbeginn (t_NE2) der folgenden Nacheinspritzung (NE2) jeweils höchstens 200 μs, insbesondere höchstens 150 μs, vorzugsweise höchstens 90 μs, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspritzende (t_NE2 + Δt_NE2) der spätesten Nacheinspritzung (NE2) spätestens bei 30°KW nach oberem Totpunkt (OT), insbesondere spätestens bei 20°KW nach OT liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorgänge ferner zumindest eine, der zumindest einen Haupteinspritzung (HE) vorgelagerte Voreinspritzung (VE1, VE2, VE3) umfassen, insbesondere eine, zwei oder drei Voreinspritzungen (VE1, VE2, VE3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorgänge ferner zumindest eine, den zumindest zwei Nacheinspritzungen (NE1, NE2) nachgelagerte Späteinspritzung (SE) umfassen, deren Einspritzbeginn (t_SE) so gewählt ist, dass der mit der zumindest einen Späteinspritzung zugeführte Kraftstoffmenge höchstens zu 10% an der Verbrennung innerhalb des Zylinders (12) teilnimmt, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig unverbrannt den Zylinder (12) verlässt.
Steuereinrichtung (44) für einen Dieselmotor (10) eingerichtet, ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung in einen Dieselmotor (10) nach einen der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.