DE102017220504A1

DE102017220504A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102017220504A1
Application number: DE102017220504.0A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: DE102017220504B4

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges, wobei in bestimmten Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine (1), bei denen eine erhöhte Abgastemperatur und/oder Klopfneigung auftritt, dem Verbrennungsprozess zusätzlich zu dem eingespritzten Kraftstoff und der Verbrennungsluft eine Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung zugeführt wird. Der aktuelle Wert für die Konzentration des Harnstoffes der in einem Vorratsbehälter (17) gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung wird mittels eines Qualitätssensors (20) erfasst, der erfasste Wert wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert (SW1) verglichen und bei Unterschreiten des Schwellenwertes (SW1) wird ein Warnhinweis an den Fahrzeugführer ausgegeben, Harnstoff-Wasserlösung nachzufüllen. Die Werte für die Konzentration des Harnstoffes der in dem Vorratsbehälter (17) gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung werden weiterhin laufend erfasst und mit dem Schwellenwert (SW1) verglichen und Maßnahmen hinsichtlich eines eingeschränkten Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ergriffen, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne seit Ausgabe des Warnhinweises der Wert für die Konzentration des Harnstoffes immer noch unterhalb des Schwellenwertes (SW1) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine.
Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei denen der Kraftstoff unter hohem Druck, beispielsweise mit 200 bis 300 bar bei einer Otto-Verbrennungskraftmaschine direkt in den oder bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen in die Brennräume eingespritzt wird. Die Kraftstoffdirekteinspritzung erfordert eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, welche in jeder Betriebssituation druckbeaufschlagten Kraftstoff bereitstellt. Wesentliche Elemente dieser Kraftstoffversorgungsvorrichtung stellen die Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff auf das nötige Druckniveau befördert und ein Druckspeicher (Rail) dar, in dem der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird und von welchem die Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden.
Ein großer Vorteil gegenüber einer Niederdruck- Saugrohreinspritzung des Kraftstoffes ist dabei, dass der direkt in den Brennraum eingespritzte Kraftstoff dort durch seine Verdampfung den Brennraum kühlt (Verdampfungsenthalpie). Insbesondere bei hohen Lasten der Verbrennungskraftmaschine ist dieser Effekt nötig, um die Abgastemperatur zu begrenzen, um unter anderem Schädigungen von in dem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Komponenten, insbesondere des Abgaskatalysators oder des Abgasturboladers, zu vermeiden.
Bei Volllast wird also eine zusätzliche Masse Kraftstoff eingespritzt, das Verbrennungsgemisch somit angereichert. Dies erfolgt nur zur Kühlung und ist nicht für die das Drehmoment erzeugende Verbrennung nötig. Eine solche Anreicherung erhöht den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, was der gesetzlichen Forderung einer Resourcenschonung und einer Senkung des CO2 Ausstoßes entgegensteht.
Die Wassereinspritzung ist ein seit langem bekanntes Verfahren zur Leistungssteigerung, zur CO₂-Reduzierung, als Ersatz oder zumindest zur Verminderung der oben erwähnten Gemischanreicherung an der Volllast einer Verbrennungskraftmaschine, zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Bekämpfung von Vorentflammungen. Dabei wird die im Vergleich zu Benzin um den Faktor sechs höhere Verdampfungsenthalpie beim Phasenwechsel des Wassers ausgenutzt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, mit denen das Wasser der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden kann.
Das Wasser für die Wassereinspritzung ist ein Zusatzstoff, welcher in einem separaten Vorratsbehälter im Fahrzeug mitgeführt werden muss. Die Überwachung der Qualität des Wassers in dem Vorratsbehälter gestaltet sich schwierig, sogar bei Verwendung von destilliertem Wasser. Darüber hinaus können bei längeren Stillstandzeiten des Fahrzeuges in dem gespeicherten Wasser Verschmutzungen, Verunreinigungen, Kontaminierungen wie beispielweise Algenbildung, auftreten, welche als Folge den Vorratsbehälter selbst oder das nachgeschaltete Einspritzsystem schädigen können. Des Weiteren besteht das Problem des Einfrieren des im Vorratsbehälter gespeicherten Wassers bei Temperaturen unterhalb 0°C. Um dies zu vermeiden muss der Vorratsbehälter beheizt werden, in der Regel mittels einer elektrischen Heizeinrichtung, welche wiederum die Energiebilanz des Fahrzeuges negativ beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, das bzw. die es ermöglicht, in kritischen Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine die Brennraumtemperatur zu senken und die Klopfneigung zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei in bestimmten Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine, bei denen eine erhöhte Abgastemperatur und/oder Klopfneigung auftritt, dem Verbrennungsprozess zusätzlich zu dem eingespritzten Kraftstoff und der Verbrennungsluft eine Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung zugeführt wird. Der aktuelle Wert für die Konzentration des Harnstoffes der in einem Vorratsbehälter gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung wird mittels eines Qualitätssensors erfasst, der erfasste Wert wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und bei Unterschreiten des Schwellenwertes wird ein Warnhinweis an den Fahrzeugführer ausgegeben, Harnstoff-Wasserlösung nachzufüllen. Die Werte für die Konzentration des Harnstoffes der in dem Vorratsbehälter gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung werden weiterhin laufend erfasst und mit dem Schwellenwert verglichen und Maßnahmen hinsichtlich eines eingeschränkten Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ergriffen, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne seit Ausgabe des Warnhinweises der Wert für die Konzentration des Harnstoffes immer noch unterhalb des Schwellenwertes liegt.
Durch die Einbringung einer Harnstoff-Wasserlösung in den Wasser enthaltenden Vorratsbehälter zur Wassereinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine und fortdauernder Messung der Harnstoffkonzentration der so entstandenen Mischung aus Wasser und Harnstofflösung wird erreicht, dass keine Verschlechterung des Wassers auch bei langen Stillstandzeiten der Verbrennungskraftmaschine eintritt. Da bei Unterschreiten eines Mindestwertes für die Harnstoffkonzentration eine Meldung an den Fahrzeugführer ausgegeben wird, kann dieser reagieren und Harnstoff-Wasserlösung nachfüllen.
Da für den Fall, dass der Fahrzeugführer dieser Aufforderung nicht nachkommt, auch nicht während einer ihm zugestandenen Zeitspanne, Maßnahmen hinsichtlich eines eingeschränkten Betriebes oder gar ein Stillstand der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet werden, wird erreicht, dass können Komponenten der Verbrennungskraftmaschine vor Schäden aufgrund zu hoher Temperaturen geschützt werden.
Wird das für die Wassereinspritzung benötigte Wasser On-Board gewonnen, beispielsweise aus dem Kondenswasser der Klimaanlage oder Abgasanlage, so brauchen aufgrund der Beimischung der Harnstoff-Wasserlösung keinerlei Reinigungsprozeduren hinsichtlich dieses On-Board gewonnenen Wassers durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels Saugrohreinspritzventile in Saugrohre des Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine eingebracht. Durch die Verwendung von herkömmlichen Saugrohreinspritzventilen, wie sie aus der Benzineinspritztechnik oder der SCR- Abgasnachbehandlungstechnik hinlänglich bekannt und bewährt sind, ergibt sich insgesamt eine kostengünstige Lösung zur Einspritzung der Harnstofflösung zur Senkung der Temperatur im Brennraum.
Wird die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels Direkteinspritzventile direkt in die Brennräume von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, so ergibt sich der Vorteil einer sehr effektiven Kühlwirkung, da keinerlei Wärmeverluste durch Wandbenetzung an Wänden der Saugrohre oder Flächen an den Einlassventilen auftreten.
Als Harnstoff-Wasserlösung eignet sich insbesondere die für die Abgasreinigung von Fahrzeugen unter dem Markennamen AdBlue bekannte 32,5-prozentige wässrige Harnstofflösung AUS 32 entsprechend der DIN 70070.
Die Verwendung einer solchen Harnstoff-Wasserlösung als Zusatz zu dem für die Wassereinspritzung vorgesehenen Wassers hat den Vorteil, dass Sie eine hohe Qualität aufweist und die Qualität der im Vorratsbehälter des Fahrzeuges gespeicherten Mischung aus Wasser und Harnstoff-Wasserlösung auf einfache Weise laufend überprüft werden kann, beispielsweise mittels eines bekannten Qualitätssensors auf der Basis einer optischen Messung oder einer Ultraschallmessung.
Desweitern ist von Vorteil, dass diese Harnstoff-Wasserlösung gegenüber Wasser einen niedrigeren Gefrierpunkt aufweist(bei einer 32,5-prozentigen wässrige Harnstofflösung liegt er bei -11,5 C°), so dass bei tiefen Temperaturen seltener die Heizeinrichtung am Vorratsbehälter aktiviert werden muss, wodurch Energie eingespart werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei sind nur diejenigen Komponenten gezeigt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Die einzige Figur zeigt in grob schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Ansaugtrakt 10 und einem Abgastrakt 11. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist mehrere Zylinder 12 auf, wobei jedem Zylinder 12 zum Gasaustauch je mindestens ein Gaseinlassventil und je ein Gasauslassventil zugeordnet ist (nicht gezeigt).
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein Kraftstoffzufuhrsystem auf, deren wesentliche Komponenten ein Kraftstoffvorratsbehälter 13, eine Kraftstofffördereinrichtung 14 mit zugehörigen Kraftstoffleitungen, sowie eine Einspritzeinrichtung 15 sind.
Ist die Verbrennungskraftmaschine 1 ein Typ mit Kraftstoff-Saugrohreinspritzung (Niederdruck-Einspritzung), so weist die Kraftstofffördereinrichtung 14 eine Niederdruckpumpe und die Einspritzeinrichtung 15 Saugrohreinspritzventile auf, welche den Kraftstoff in die den einzelnen Zylindern 12 zugeordneten Saugrohre einspritzen. Es ist auch möglich, dass nur ein einziges Niederdruck-Einspritzventil vorhanden ist, welches Kraftstoff in ein Sammelrohr einspritzt.
Ist die Verbrennungskraftmaschine 1 ein Typ mit Kraftstoffdirekteinspritzung, so weist die Kraftstofffördereinrichtung 14 eine Niederdruckpumpe und eine Hochdruckpumpe und die Einspritzeinrichtung 15 einen gemeinsamen Kraftstoffspeicher (rail) und daran angeschlossene Direkteinspritzventile auf, welche den Kraftstoff direkt in die Verbrennungsräume der Zylinder 12 einspritzen.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist darüber hinaus ein Zuführsystem 16 für eine Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung auf, deren wesentliche Komponenten ein Vorratsbehälter 17 für die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung, eine Fördereinrichtung 18 für die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mit zugehöriger Förderleitung 25, sowie eine Einspritzeinrichtung 19 sind. Die Einspritzeinrichtung 19 kann dabei entweder Saugrohreinspritzventile umfassen, welche die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung in die Saugrohre der Verbrennungskraftmaschine 1 einspritzen oder Direkteinspritzventile umfassen, welche die Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung direkt in die Brennräume der Zylinder 12 der Verbrennungskraftmaschine 1 einspritzen.
Wird als Fördereinrichtung 18 für die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung eine Verdrängerpumpe verwendet, die bidirektional betrieben werden kann und selbstansaugend ist, kann diese auch zum Zurückpumpen der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung aus der Einspritzeinrichtung 19, der Förderleitung 25 und der Fördereinrichtung 18 selbst dienen, wodurch ein Einfrieren der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung in diesen Komponenten verhindert werden kann.
In oder an dem Vorratsbehälter 17 sind ein Füllstandsensor 21 und ein Temperatursensor 22 vorgesehen. Des Weiteren ist im oder an dem Vorratsbehälter 17 eine Heizeinrichtung 23 angebracht zum Beheizen der gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung. Zusätzlich zu dieser Behälterbeheizung kann auch die Förderleitung 25 mit einer Heizeinrichtung 26 versehen sein, die beispielsweise als Heizwendel die gesamte Länge der Förderleitung 25 umfasst. Damit kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt eine flüssige Mischung aus Wasser der Harnstoff-Wasserlösung zum Einspritzen zur Verfügung steht. Die Notwendigkeit der Beheizung der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung in der Förderleitung 25 um ein Einfrieren der Harnstoff-Wasserlösung zu vermeiden, ist neben der vorherrschenden Temperatur auch von der Harnstoffkonzentration der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung abhängig. Je höher die Harnstoffkonzentration ist, desto geringer kann die Temperatur sein, bei der die Heizeinrichtung aktiviert werden muss, um ein Einfrieren zu vermeiden.
Außerdem ist im oder am Vorratsbehälter 17 ein Qualitätssensor 20 zur Bestimmung der Harnstoffkonzentration in der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung verbaut. Solche Sensoren sind bekannt und arbeiten z.B. nach einem optischen Messprinzip ( DE 10 2007 010 805 B3 , DE 10 2015 224 358 A1 ) oder beruhen auf Ultraschallmessungen ( DE 10 2015 212 622 A1 ). Ebenso ist es möglich, dass der Qualitätssensor neben der Ermittlung der Harnstoffkonzentration zugleich auch die Funktion eines Füllstandsensors und eines Temperatursensors erfüllt.
Ferner ist eine Steuerungseinrichtung 24 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die jeweils verschiedene Betriebsgrößen erfassen, die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet sind und ein die jeweilige erfasste Betriebsgröße repräsentierendes Messsignal erzeugen. Die Sensoren sind beispielsweise der Qualitätssensor 20, der Füllstandsensor 21 und der Temperatursensor 22. Signale von weiteren Sensoren, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 nötig, aber nicht gezeigt sind und der Steuerungseinrichtung 24 zugeführt werden, sind allgemein mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet.
Die Steuerungseinrichtung 24 ist dazu ausgebildet, abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen, Stellglieder, die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet sind, anzusteuern und zwar mittels entsprechender Stellantriebe, für die entsprechende Stellsignale zum Ansteuern dieser erzeugt werden. Die Steuerungseinrichtung 24 kann also auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1, oder kurz als Motorsteuerung bezeichnet werden.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Kraftstofffördereinrichtung 14, die Fördereinrichtung 18 für die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung und die Heizeinrichtungen 23 und 25. Signale für weitere Stellglieder, die zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 nötig, aber nicht dargestellt sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.
Die Steuerungseinrichtung 24 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 27, die mit einem Programmspeicher 28 und einem Datenspeicher (Wertespeicher) 29 gekoppelt ist. In dem Datenspeicher 29 sind verschiedene Schwellenwerte SW1 bis SW3 für die Harnstoffkonzentration der Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung gespeichert.
In dem Programmspeicher 28 sind mehrere Programme zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 gespeichert, die während ihres Betriebs oder teilweise auch noch nach deren Abstellen abgearbeitet werden. Unter anderem ist softwaremäßig eine kennfeldbasierte Funktion FKT_H2O_INJ zur Bestimmung der Harnstoffkonzentration und zur Steuerung und/oder Regelung der Einspritzung der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung implementiert.
Mittels des Qualitätssensors 20 wird ein Wert für die Konzentration des Harnstoffes in der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung erfasst und an die Steuerungseinrichtung 24 übergeben. Dort wird mit Hilfe der Funktion FKT_H2O_INJ dieser Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW1, der beispielsweise 20g/l beträgt, verglichen. Liegt der vom Qualitätssensor 20 erfasste Wert unterhalb dieses Schwellenwertes SW1, so wird dem Fahrzeugführer optisch, beispielsweise durch ein Symbol auf einem Display und/oder akustisch mitgeteilt, dass er Harnstoff-Wasserlösung nachfüllen muss.
Basierend auf dem Signal des Füllstandsensors 21, das den aktuellen Füllstand an Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung in dem Vorratsbehälter 17 wiedergibt, berechnet die Steuerungseinrichtung 24 eine Mindestmenge an Harnstoff-Wasserlösung und eine Mindestmenge an Wasser, die nachgefüllt werden müssen, damit die Harnstoffkonzentration wieder oberhalb des Schwellenwertes SW1 liegt. Auch diese Werte für die nachzufüllenden Mengen werden dem Fahrzeugführer übermittelt.
Sind beispielsweise noch 5 Liter der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung in dem Vorratsbehälter 17 vorhanden und das maximale Tankvolumen des Vorratsbehälters 17 beträgt 21 Liter, so müssen bei dem oben angegebenen Schwellenwert SW1 von von 20g/l mindestens (21-5)*20/429) = 0,75 Liter, d.h. 1 Liter Harnstoff-Wasserlösung und zusätzlich Wasser nachgefüllt werden, bis der Vorratsbehälter vollständig gefüllt ist. Diese beispielhafte Angaben beziehen sich auf eine 32,5 % Harnstoff-Wasserlösung, bei der in 1 Liter 429g Harnstoff enthalten sind.
Liegt der Wert der Harnstoffkonzentration unterhalb des Schwellenwertes SW1, so wird der Fahrzeugführer aufgefordert, innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, beispielsweise innerhalb von 4 Tagen Harnstoff-Wasserlösung mindestens in der angegebenen Menge nachzufüllen. Gleichzeitig zu dieser Aufforderung wird ein in der Steuerungseinrichtung 24 enthaltener Zeitzähler 30 (timer) gestartet. Bei jedem Neustart der Verbrennungskraftmaschine 1 wird der Fahrzeugführer optisch und/oder akustisch darauf hingewiesen, wieviel Zeit ihm noch verbleibt, Harnstoff-Wasserlösung nachzufüllen. Liegt nach Ablauf dieser Zeitspanne der Wert für die Konzentration des Harnstoffes in der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung immer noch unterhalb des Schwellenwertes SW1, so werden Maßnahmen eingeleitet, wie beispielsweise dass nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 1 diese entweder überhaupt nicht wieder gestartet werden kann oder es wird nur ein Notlaufprogramm (limp home) mit deutlich eingeschränkter Leistung der Verbrennungskraftmaschine 1 aktiviert.
Auch sogenanntes On-Board gewonnenes Wasser, beispielsweise das Kondenswasser der Klimaanlage oder das Kondenswasser der Abgasanlage kann zum Auffüllen des Vorratsbehälters 17 verwendet werden, ohne dieses vorher einer Reinigungsprozedur unterwerfen zu müssen. Zum Einbringen dieses On-Board gewonnenen Wassers weist der Vorratsbehälter 17 einen Zuführanschluss 31 auf. Auch in diesem Fall wird die Konzentration des Harnstoffes in der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels des Qualitätssensors 20 überwacht.
Der Wert für die aktuelle Harnstoffkonzentration wird mit einem in dem Datenspeicher 29 hinterlegten Schwellenwert SW2, dessen Wert z.B. 30g/l beträgt, verglichen. Liegt der Wert unterhalb diesen Schwellenwertes SW2, wird die Einleitung von Onboard gewonnenen Wassers in den Vorratsbehälter 17 gestoppt, indem ein in dem Zuführanschluss 31 verbautes Absperrventil 32 über Signale der Steuerungseinrichtung 24 geschlossen wird. Das Absperrventil 32 wird wieder geöffnet, wenn der Wert der gemessenen Harnstoffkonzentration oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes SW3, z.B. oberhalb 40g/l liegt, weil der Fahrzeugführer Harnstoff-Wasserlösung in den Vorratsbehälter 17 nachgefüllt hat.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
10: Ansaugtrakt
11: Abgastrakt
12: Zylinder
13: Kraftstoffvorratsbehälter
14: Kraftstofffördereinrichtung
15: Einspritzeinrichtung für Kraftstoff
16: Zuführsystem
17: Vorratsbehälter
18: Fördereinrichtung
19: Einspritzeinrichtung für Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung
20: Qualitätssensor
21: Füllstandsensor
22: Temperatursensor
23: Heizeinrichtung Vorratsbehälter
24: Steuerungseinrichtung
25: Förderleitung
26: Heizeinrichtung Förderleitung
27: Recheneinheit (Prozessor)
28: Programmspeicher
29: Datenspeicher (Wertespeicher)
30: Zeitzähler (timer)
31: Zuführanschluss
32: Absperrventil
AS: Ausgangssignale
ES: Eingangssignale
FKT_H2O_INJ: Funktion zur Steuerung/Regelung der Einspritzung von Harnstoff-Wasserlösung
SW1- SW3: Schwellenwert für Harnstoffkonzentration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007010805 B3 [0026]
DE 102015224358 A1 [0026]
DE 102015212622 A1 [0026]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges, wobei in bestimmten Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine (1), bei denen eine erhöhte Abgastemperatur und/oder Klopfneigung auftritt, dem Verbrennungsprozess zusätzlich zu dem eingespritzten Kraftstoff und der Verbrennungsluft eine Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung zugeführt wird, wobei - der aktuelle Wert für die Konzentration des Harnstoffes der in einem Vorratsbehälter (17) gespeicherten Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung mittels eines Qualitätssensors (20) erfasst wird, - der erfasste Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert (SW1) verglichen wird, - bei Unterschreiten des Schwellenwertes (SW1) ein Warnhinweis an den Fahrzeugführer ausgegeben wird, Harnstoff-Wasserlösung nachzufüllen, - die Werte für die Konzentration des Harnstoffes der in dem Vorratsbehälter (17) gespeicherten Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung weiterhin laufend erfasst und mit dem Schwellenwert (SW1) verglichen werden, und - Maßnahmen hinsichtlich eines eingeschränkten Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ergriffen werden, wenn nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne seit Ausgabe des Warnhinweises der Wert für die Konzentration des Harnstoffes immer noch unterhalb des Schwellenwertes (SW1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Zeitspanne bei jedem Neustart der Verbrennungskraftmaschine (1) ein Hinweis an den Fahrzeugführer ausgegeben wird, wie lang die verbleibende Zeitdauer ist, in der er noch Harnstoff-Wasserlösung nachfüllen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme darin besteht, ein Notlaufprogramm mit deutlich eingeschränkter Leistung der Verbrennungskraftmaschine (1) zu aktivieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme darin besteht, nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine (1) einen erneuten Start der Verbrennungskraftmaschine (1) zu unterbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser On-Board gewonnen wird als Kondenswasser der Klimaanlage oder als Kondenswasser der Abgasanlage und dem Vorratsbehälter (17) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Konzentration des Harnstoffes in der Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung mittels des Qualitätssensors 20 überwacht wird und mit einem Schwellenwert (SW2) verglichen wird und die Einleitung von On-Board gewonnen Wassers gestoppt wird, wenn der Wert der Harnstoffkonzentration unterhalb des Schwellenwertes (SW2) liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Konzentration des Harnstoffes in der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels des Qualitätssensors 20 überwacht wird und mit einem, gegenüber dem Schwellenwert (SW2) größeren Schwellenwert (SW3) verglichen wird und die Einleitung von On-Board gewonnen Wassers wieder freigegeben wird, wenn der Wert der Harnstoffkonzentration oberhalb des Schwellenwertes (SW3) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels Saugrohreinspritzventile in Saugrohre des Ansaugtrakts (10) der Verbrennungskraftmaschine (1) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung mittels Direkteinspritzventile direkt in Brennräume von Zylindern (12) der Verbrennungskraftmaschine (1) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Harnstoff-Wasserlösung eine 32,5-prozentige wässrige Harnstofflösung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (17) und der zur Verbrennungskraftmaschine (1) führende Förderleitung (25) für die Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung elektrisch beheizbar sind und die Starttemperatur zum Aktivieren der Beheizung abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder der Harnstoffkonzentration der Mischung aus Wasser und der Harnstoff-Wasserlösung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Starttemperatur zum Aktivieren der Beheizung mit steigender Harnstoffkonzentration geringer gewählt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges, wobei in bestimmten Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine (1), bei denen eine erhöhte Abgastemperatur und/oder Klopfneigung auftritt, dem Verbrennungsprozess zusätzlich zu dem eingespritzten Kraftstoff und der Verbrennungsluft eine Mischung aus Wasser und einer Harnstoff-Wasserlösung zugeführt wird, mit einer Steuerungseinrichtung (24), die zur Steuerung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.