DE102018216860B4

DE102018216860B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE102018216860B4
Application number: DE102018216860.1A
Authority: DE
Inventors: Frederic DUMSER; Christoph Haas; Wolfgang FIMML
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: DE102018216860A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens zwei Brennräumen (7,9), wobei- wenigstens ein erster Brennraum (7) der wenigstens zwei Brennräume (7,9)a) von wenigstens einem zweiten Brennraum (9) der wenigstens zwei Brennräume (7,9) verschieden ausgebildet ist, und/oderb) bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) mit einem anderen Betriebsparameterwert betrieben wird als der wenigstens eine zweite Brennraum (9) der wenigstens zwei Brennräume (7,9), wobeic) ein erster Abgasstrom aus dem wenigstens einen ersten Brennraum (7) mit einem zweiten Abgasstrom aus dem wenigstens einen zweiten Brennraum (9) zu einem Gesamtabgasstrom vereinigt wird, und wobeid) wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen des Betriebs des wenigstens einen ersten Brennraums (7) eingestellt wird, wobei ein Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums (9) in Hinblick auf einen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) unabhängig von Abgaseigenschaften des zweiten Abgasstroms eingestellt wird, wobei die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen der Abgaseigenschaften des ersten Abgasstroms über den ersten Brennraum (7) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine besteht typischerweise ein Zielkonflikt zwischen der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten auf der einen Seite und einer Optimierung des Wirkungsgrads sowie einer damit einhergehenden Minimierung des Brennstoffverbrauchs auf der anderen Seite. Wird beispielsweise eine als Ottomotor ausgebildete Brennkraftmaschine bei möglichst hohem Wirkungsgrad betrieben, entstehen zugleich sehr hohe Stickoxidemissionen und niedrige Abgastemperaturen, wobei Letzteres schlecht für eine katalytische Abgasnachbehandlung ist. Es ist grundsätzlich möglich, verschiedene Brennräume einer Brennkraftmaschine mit verschiedenen Betriebsparameterwerten zu betreiben, wobei dies jedoch bei im Übrigen baugleichen Brennräumen typischerweise genutzt wird, um die Brennräume bezüglich ihres Brennverhaltens und ihrer Abgasemissionen gleichzustellen.
Aus DE 11 2016 005 542 T5 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Brennräumen hervor, wobei ein erster Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen bezüglich eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine mit einem anderen Betriebsparameterwert, nämlich mit einem anderen Verbrennungsluftverhältnis, betrieben wird als ein zweiter Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen, wobei ein erster Abgasstrom aus dem ersten Brennraum mit einem zweiten Abgasstrom aus dem zweiten Brennraum zu einem Gesamtabgasstrom vereinigt wird, und wobei wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms, nämlich ein Verhältnis von Stickoxiden zu Ammoniak im Abgas, durch Einstellen des Betriebs des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums eingestellt wird, wobei der Betrieb des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums aneinander angepasst und in Abhängigkeit voneinander eingestellt werden. Auch aus DE 10 2016 202 351 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine hervor, bei dem verschiedene Brennräume mit verschiedenen Betriebsparameterwerten, nämlich Verbrennungsluftverhältnissen, betrieben werden, wobei deren Abgasströme vereinigt werden, und wobei der Betrieb der Brennräume aneinander angepasst und in Abhängigkeit voneinander eingestellt wird, um eine Abgaseigenschaft, nämlich einen bestimmten Lambdawert im Abgas, einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, zugleich einen hohen Wirkungsgrad und die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten anzustreben.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Brennräumen geschaffen wird, wobei wenigstens ein erster Brennraum der wenigstens zwei Brennräumen von wenigstens einem zweiten Brennraum der wenigstens zwei Brennräume verschieden ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich wird der wenigstens eine erste Brennraum bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine mit einem anderen Betriebsparameterwert betrieben als der wenigstens eine zweite Brennraum. Ein erster Abgasstrom aus dem wenigstens einen ersten Brennraum wird mit einem zweiten Abgasstrom aus dem wenigstens einen zweiten Brennraum zu einem Gesamtabgasstrom vereinigt, und wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms wird durch Einstellen des Betriebs des wenigstens einen ersten Brennraums eingestellt. Auf diese Weise wird vorteilhaft insbesondere erreicht, dass bezüglich der beiden voneinander verschiedenen Brennräume, nämlich dem wenigstens einen ersten Brennraum und dem wenigstens einen zweiten Brennraum, verschiedene Regelungsziele angestrebt werden können, wobei insbesondere der wenigstens eine erste Brennraum zum Erreichen gewünschter Abgaseigenschaften ausgelegt ist und/oder betrieben wird, wobei der wenigstens eine zweite Brennraum bevorzugt bezüglich seiner Auslegung und/oder seines Betriebs mit Blick auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine eingerichtet sein kann.
Der erste Abgasstrom wird aus dem ersten Brennraum abgeführt. Der zweite Abgasstrom wird - getrennt von dem ersten Abgasstrom - aus dem zweiten Brennraum abgeführt. Stromabwärts des ersten Brennraums und des zweiten Brennraums werden die beiden Abgasströme zu dem Gesamtabgasstrom vereinigt. Sie liegen also zunächst getrennt vor und werden sodann bei der Vereinigung zu dem Gesamtabgasstrom vermischt, so dass der Gesamtabgasstrom Eigenschaften aufweist, die sich aus den Abgaseigenschaften des ersten Abgasstroms einerseits und des zweiten Abgasstroms andererseits - insbesondere als mittlere Abgaseigenschaften - ergeben. Insbesondere sind der erste Abgasstrom und der zweite Abgasstrom nicht seriell zueinander vorgesehen, das heißt, es wird insbesondere kein Abgas des ersten Brennraums in den zweiten Brennraum geleitet - oder umgekehrt. Vielmehr strömen der erste Abgasstrom und der zweite Abgasstrom zunächst parallel zueinander von den ihnen jeweils zugeordneten Brennräumen weg und werden dann stromabwärts der Brennräume zu dem Gesamtabgasstrom vereinigt.
Insbesondere wird die Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameterwerts für den wenigstens einen Betriebsparameter, mit dem der erste Brennraum betrieben wird, eingestellt. Insbesondere wird die Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Variieren des Betriebs des wenigstens einen ersten Brennraums gezielt variiert, insbesondere wird der wenigstens eine Betriebsparameterwert eingestellt und/oder variiert, um die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms einzustellen und/oder zu variieren.
Die Brennkraftmaschine weist insbesondere zwei Gruppen von Brennräumen auf, wobei jede Brennraumgruppe wenigsten einen Brennraum aufweist. Minimal weist die Brennkraftmaschine also zwei Brennräume auf, nämlich den ersten Brennraum und den zweiten Brennraum, wobei sie insoweit eine erste Brennraumgruppe mit einem ersten Brennraum und eine zweite Brennraumgruppe mit einem zweiten Brennraum aufweist. Die Brennkraftmaschine kann aber insbesondere auch mehr als zwei Brennräume aufweisen, wobei auch die beiden Brennraumgruppen j eweils mehr als einen Brennraum aufweisen können. Bevorzugt ist aber die Anzahl erster Brennräume, das heißt, insbesondere die Mächtigkeit der ersten Brennraumgruppe, kleiner oder höchstens gleich gewählt im Vergleich zu einer Hälfte einer Gesamtzahl der Brennräume der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hälfte einer Summe der Anzahl der ersten Brennräume und der Anzahl der zweiten Brennräume, beziehungsweise eine Hälfte einer Summe der Mächtigkeiten der ersten Brennraumgruppe und der zweiten Brennraumgruppe.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums in Hinblick auf einen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine unabhängig von Abgaseigenschaften des zweiten Abgasstroms eingestellt wird. Insbesondere wird der Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums eingestellt, insbesondere ein Betriebsparameterwert für wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine für den zweiten Brennraum gewählt, um den Wirkungsgrad bezogen auf den wenigstens einen zweiten Brennraum, vorzugsweise bezogen auf die gesamte Brennkraftmaschine, zu maximieren. Dabei wird vorzugsweise in Kauf genommen, dass der zweite Abgasstrom gegebenenfalls für sich genommen ungünstige Abgaseigenschaften aufweist, insbesondere Grenzwerte für Schadstoffemissionen überschreitet. Die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms wird erfindungsgemäß durch Einstellen der Abgaseigenschaften des ersten Abgasstroms über den ersten Brennraum eingestellt. Somit kann bezüglich des wenigstens einen zweiten Brennraums der Wirkungsgrad optimiert werden, während der wenigstens eine erste Brennraum gezielt genutzt wird, um die gewünschten Abgaseigenschaften bezüglich des Gesamtabgasstroms einzustellen. Dabei wird zumindest in einer Vielzahl von Betriebspunkten der wenigstens eine erste Brennraum bei einem niedrigeren Wirkungsgrad betrieben als der wenigstens eine zweite Brennraum, was aber in Kauf genommen werden kann, da dies vorteilhaft durch den Wirkungsgradgewinn im Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums überkompensiert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die zweite Brennraumgruppe eine größere Mächtigkeit aufweist, also mehr Brennräume, als die erste Brennraumgruppe. Zugleich gelingt es über die geeignete Einstellung des wenigstens einen ersten Brennraums, Emissionsgrenzwerte trotz des wirkungsgradoptimierten Betriebs des wenigstens einen zweiten Brennraums einzuhalten. Der wenigstens eine zweite Brennraum wird auch als Arbeitszylinder bezeichnet; der wenigstens eine erste Brennraum wird auch als Abgasregelzylinder bezeichnet. Insgesamt ermöglicht das hier vorgeschlagen Verfahren eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig vorteilhafter Einhaltung von Emissionsgrenzwerten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms eine chemische Zusammensetzung und/oder eine Temperatur des Gesamtabgasstroms eingestellt wird/werden. Dabei erlaubt die Einstellung der chemischen Zusammensetzung insbesondere unmittelbar eine Einhaltung vorgeschriebener Schadstoffgrenzwerte, während die Einstellung der Temperatur insbesondere in Zusammenhang mit einer Abgasnachbehandlung eine Effizienzsteigerung ermöglicht.
Als die chemische Zusammensetzung des Gesamtabgasstroms wird bevorzugt wenigstens eine Konzentrationsgröße eingestellt, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Stickstoffmonoxidkonzentration, einer Stickstoffdioxidkonzentration, einer Gesamt-Stickoxidkonzentration - im Folgenden auch kurz als Stickoxidkonzentration bezeichnet -, einer Gesamt-Kohlenwasserstoffkonzentration, einer Ammoniakkonzentration, einem Verhältnis einer Stickstoffdioxidkonzentration zu einer Gesamt-Stickoxidkonzentration, kurz auch als Stickoxid-Verhältnis bezeichnet, und einem Verhältnis einer Gesamt-Stickoxidkonzentration zu einer Gesamt-Kohlenwasserstoffkonzentration. Hierbei handelt es sich insbesondere um Konzentrationsgrößen, die einerseits mit Blick auf Emissionsgrenzwerte und andererseits mit Blick auf im Rahmen einer Abgasnachbehandlung ablaufenden Reaktionen relevant sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Betriebsparameter, bezüglich dessen der wenigstens eine erste Brennraum mit einem anderen Betriebsparameterwert betrieben wird als der wenigstens eine zweite Brennraum, ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Verbrennungslufttemperatur von dem jeweiligen Brennraum zugeführter Verbrennungsluft, einer Ventilsteuerzeit, insbesondere einem Schließzeitpunkt eines Einlassventils, einem Verbrennungsluft-Verhältnis - kurz als Lambdawert bezeichnet -, einer dem Brennraum zugeführten Brennstoffmasse, worunter auch ein Brennstoffmassenstrom zu verstehen ist, und einem Zündzeitpunkt. Diese Betriebsparameter sind relevant sowohl für die chemische Zusammensetzung des Abgases als auch für die Abgastemperatur.
Insbesondere kann die Abgastemperatur durch Verschiebung des Zündzeitpunkts nach spät angehoben werden, wobei sie durch Verschiebung des Zündzeitpunkts nach früh abgesenkt werden kann. Unter einer Verschiebung nach spät ist dabei eine Verschiebung in einem Verdichtungstakt in Richtung eines oberen Totpunkts eines in dem Brennraum beweglichen Kolbens zwischen dem Verdichtungstakt und einem Arbeitstakt zu verstehen, wobei unter einer Verschiebung nach früh die entgegengesetzte Verschiebung weg von dem oberen Totpunkt innerhalb des Verdichtungstakts zu verstehen ist. Wird ein Einlassventil noch innerhalt eines Ansaugtakts der als 4-Takt-Motor betriebenen Brennkraftmaschine geschlossen, so bewirkt eine Verschiebung des Schließzeitpunkts nach spät, also in Richtung eines unteren Totpunkts zwischen dem Ansaugtakt und einem Verdichtungstakt, eine Anhebung der Abgastemperatur. Eine Verschiebung nach früh, also in dem Ansaugtakt weg von dem unteren Totpunkt, bewirkt dagegen eine Absenkung der Abgastemperatur (Miller-Effekt).
Die Abgastemperatur kann auch durch Variation des Verbrennungsluft-Verhältnisses variiert werden. Insbesondere hat eine Anhebung des Verbrennungsluft-Verhältnisses eine Absenkung der Abgastemperatur zur Folge - und umgekehrt. Selbstverständlich ist eine Kombination der Maßnahmen wie Zündzeitpunktverschiebung, Schließzeitpunktverschiebung des Einlassventils, und Einstellung des Verbrennungsluft-Verhältnisses möglich.
Das Stickoxid-Verhältnis, die Gesamt-Stickoxidkonzentration, die Einzelkonzentrationen von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid, die Gesamt-Kohlenwasserstoffkonzentration, die Ammoniakkonzentration, sowie das Verhältnis der Gesamt-Stickoxidkonzentration zu der Gesamt-Kohlenwasserstoffkonzentration können ebenfalls über die Zündzeitpunktverschiebung, das Verbrennungsluft-Verhältnis und/oder den Schließzeitpunkt für das Einlassventil eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch Wahl des Betriebsparameterwerts für den wenigstens einen Betriebsparameter des wenigstens einen ersten Brennraums die Abgastemperatur als Eingangstemperatur eines Katalysators zumindest in ausgewählten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine angehoben, und/oder auf einen Temperatur-Sollwert oder in einen Temperatur-Sollbereich eingeregelt wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der Umsatzrate in dem Katalysator und dabei eine verbesserte Effizienz der Abgasnachbehandlung. Dies ist insbesondere vorteilhaft und wird daher bevorzugt durchgeführt bei einem Kaltstart und/oder bei Niedriglast und/oder im Leerlauf der Brennkraftmaschine, wo ansonsten niedrige Abgastemperaturen zu erwarten sind, so dass die Effizienz der Abgasnachbehandlung niedrig ist. In solchen Betriebspunkten bewirkt eine Erhöhung der Abgastemperatur vorteilhaft eine Erhöhung der Effizienz der Abgasnachbehandlung. Auch im Übrigen kann aber eine Effizienzerhöhung der Abgasnachbehandlung dazu führen, dass ein Katalysator kleiner, insbesondere mit niedrigerem Volumen, ausgelegt werden kann, als ohne die entsprechende Anhebung der Abgastemperatur.
Alternativ oder zusätzlich wird durch die Wahl des Betriebsparameterwerts eine Stickoxidkonzentration, ein Stickoxid-Verhältnis und/oder die Abgastemperatur des Gesamtabgasstroms für einen Betrieb eines Gasphasenreaktors geeignet eingestellt, vorzugsweise optimiert. Ein solcher Gasphasenreaktor kann insbesondere vorgesehen sein, um im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe, insbesondere unverbrannte Kohlenwasserstoffe, umzusetzen, insbesondere zu oxidieren. Der Gasphasenreaktor wird hierzu bevorzugt von dem Gesamtabgasstrom zumindest anteilig, vorzugsweise vollständig, durchsetzt. Stickoxid, insbesondere Stickstoffdioxid, wirkt in dem Gasphasenreaktor vorteilhaft als Oxidationsmittel zur Oxidation der Kohlenwasserstoffe, so dass eine Anhebung der Stickoxidkonzentration, insbesondere der Stickstoffdioxidkonzentration, die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe fördert. Desgleichen fördert eine Anhebung der Abgastemperatur die Gasphasenreaktion in dem Gasphasenreaktor.
Alternativ oder zusätzlich wird durch Wahl des Betriebsparameterwerts bevorzugt eine Stickstoffdioxidkonzentration für eine erhöhte Umsatzrate in einem SCR-Katalysator angehoben. Die Reduktion von Stickoxiden kann durch Anhebung der Stickstoffdioxidkonzentration gefördert werden, was sich günstig auf die Abgasnachbehandlung in dem SCR-Katalysator auswirkt. Insbesondere kann auf diese Weise gegebenenfalls das Volumen des SCR-Katalysators vorteilhaft reduziert werden im Vergleich zu einem Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei der eine solche Anhebung der Stickstoffdioxidkonzentration nicht möglich ist. Unter einem SCR-Katalysator ist dabei ein Katalysator zu verstehen, der spezifisch eingerichtet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere unter Verwendung von wenigstens einem Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak.
Alternativ oder zusätzlich wird durch Wahl des Betriebsparameterwerts ein Stickoxid-Verhältnis, das heißt - wie oben bereits ausgeführt - ein Verhältnis der Stickstoffdioxidkonzentration zur Gesamt-Stickoxidkonzentration, für eine passive Regeneration eines Partikelfilters geeignet eingestellt. Auch insoweit wirken Stickoxide, insbesondere Stickstoffdioxid, in dem Partikelfilter als Oxidationsmittel zur Regeneration, wobei ein bestimmtes Stickoxid-Verhältnis günstig für die Regeneration ist, das im Rahmen des Verfahrens vorteilhaft eingestellt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verbrennungsluft-Verhältnis in den ersten Brennraum - als der wenigstens eine Betriebsparameterwert - zur Erzeugung einer gewünschten Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts eines Dreiwegekatalysators eingestellt wird. Insoweit bewirkt ein unterstöchiometrisches Verbrennungsluft-Verhältnis, das heißt, ein fettes Gemisch im Brennraum, aufgrund der Sauerstoffarmut eine Bildung von Wasserstoff während der Verbrennung im Brennraum, wobei anschließend in einem Dreiwegekatalysator dieser im Brennraum entstandene Wasserstoff mit Stickstoff aus der Verbrennungsluft zu Ammoniak umgesetzt wird. Dieses Ammoniak liegt dann stromabwärts des Dreiwegekatalysators vor und kann vorteilhaft eingesetzt werden.
Insbesondere kann die Ammoniakkonzentration vorteilhaft eingestellt werden zur Absenkung einer Methan-Oxidations-Reaktionstemperatur in dem Gasphasenreaktor. Dabei wird Methan bei Anwesenheit von Ammoniak in dem Gasphasenreaktor bereits bei niedrigerer Temperatur oxidiert, als unter Abwesenheit von Ammoniak. Somit kann der Gasphasenreaktor bereits bei niedrigerer Abgastemperatur effizient Methan umsetzen, und/oder bezüglich seines Volumens reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich wird die Ammoniakkonzentration bevorzugt eingestellt zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem SCR-Katalysator. Hierbei wird das Ammoniak als Reduktionsmittel eingesetzt, wobei durch Steigerung des innermotorisch auf die beschriebene Weise erzeugten Ammoniaks eine auf andere Weise zudosierte Menge an Reduktionsmittel reduziert oder sogar ganz entfallen kann.
Der Gasphasenreaktor und/oder der SCR-Katalysator sind dabei insbesondere stromabwärts des Dreiwegekatalysators angeordnet, um von dem erzeugten Ammoniak zu profitieren.
Es ist offensichtlich, dass die Wahl des Betriebsparameterwerts für den wenigstens einen Betriebsparameter bevorzugt betriebspunktabhängig erfolgt, insbesondere um abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmte Regelungsziele umzusetzen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens zwei Brennraumgruppen mit jeweils wenigstens einem Brennraum aufweist. Einer ersten Brennraumgruppe der wenigstens zwei Brennraumgruppen ist eine erste Abgasleitung zum Abführen von Abgas aus der ersten Brennraumgruppe zugeordnet. Einer zweiten Brennraumgruppe der wenigstens zwei Brennraumgruppen ist eine zweite Abgasleitung zum Abführen von Abgas - getrennt von der ersten Abgasleitung - aus der zweiten Brennraumgruppe zugeordnet. Die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung münden stromabwärts der Brennraumgruppen in eine Gesamtabgasleitung. Dies schließt auch ein, dass bevorzugt die erste Abgasleitung in die zweite Abgasleitung einmündet, wobei dann die zweite Abgasleitung stromabwärts der Einmündung der ersten Abgasleitung zu der Gesamtabgasleitung wird, oder dass - umgekehrt - die zweite Abgasleitung in die erste Abgasleitung einmündet, so dass dann die erste Abgasleitung stromabwärts der Einmündung der zweiten Abgasleitung zu der Gesamtabgasleitung wird.
Der wenigstens eine erste Brennraum der wenigstens einen ersten Brennraumgruppe ist bezüglich wenigstens eines Konstruktionsparameters verschieden von dem wenigstens einen zweiten Brennraum der wenigstens einen zweiten Brennraumgruppe. Alternativ oder zusätzlich ist der wenigstens eine erste Brennraum bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters verschieden betreibbar von dem wenigstens einen zweiten Brennraum.
Die Brennkraftmaschine weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um wenigstens eine Abgaseigenschaft von Abgas in der Gesamtabgasleitung im Betrieb der Brennkraftmaschine durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameters für die erste Brennraumgruppe einzustellen. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Die Steuereinrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt so ausgestaltet, wie dies zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren - implizit oder explizit - erläutert wurde.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Konstruktionsparameter, bezüglich dessen der wenigstens eine erste Brennraum von dem wenigstens einen zweiten Brennraum verschieden ist, ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kolbengeometrie eines in dem Brennraum hubbeweglichen Kolbens, eines geometrischen Verdichtungsverhältnisses in dem Brennraum, und einer Kanalgeometrie von wenigstens einem Einlasskanal und/oder Auslasskanal, der insbesondere in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Diese Konstruktionsparameter sind geeignet, die Abgaseigenschaften zu beeinflussen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Gesamtabgasleitung zumindest ein Element angeordnet ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Gasphasenreaktor, einem Dreiwegekatalysator, einem SCR-Katalysator, vorzugsweise in Kombination mit einem Reduktionsmittel-Sperrkatalysator - insbesondere stromabwärts des SCR-Katalysators, einem Partikelfilter, insbesondere einem Dieselpartikelfilter (DPF), und einem Oxidationskatalysator. Gerade in Zusammenhang mit diesen Elementen ergeben sich Vorteile bei der Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, insbesondere in Bezug auf die Einstellung der chemischen Zusammensetzung des Abgases und/oder der Abgastemperatur, wie zuvor erläutert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Gesamtabgasleitung eine Abgasturbine, insbesondere eines Abgasturboladers, angeordnet ist. Somit kann vorteilhaft thermische Energie und/oder Strömungsenergie des Abgases nutzbar gemacht werden. Vorzugsweise ist der Gasphasenreaktor stromaufwärts der Abgasturbine angeordnet. Dabei liegen stromaufwärts der Abgasturbine besonders günstige Bedingungen insbesondere in Hinblick auf Druck- und Temperatur zur Durchführung einer Gasphasenreaktion in dem Gasphasenreaktor vor.
Weist die Brennkraftmaschine zusätzlich einen Dreiwegekatalysator auf, ist dieser bevorzugt stromaufwärts des Gasphasenreaktors angeordnet. Dies ermöglicht - insbesondere durch Einstellen eines Verbrennungsluft-Verhältnisses in dem wenigstens einen Abgasregelzylinder, das heißt im ersten Brennraum - eine Einstellung einer Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des Dreiwegekatalysators und stromaufwärts des Gasphasenreaktors, wobei die Ammoniakkonzentration zur Förderung einer Gasphasenreaktion in dem Gasphasenreaktor geeignet eingestellt werden kann, wie zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert.
Die übrigen zuvor erwähnten Elemente, insbesondere der SCR-Katalysator, der Partikelfilter und/oder der Oxidationskatalysator, sind - so sie vorhanden sind - bevorzugt stromabwärts der Abgasturbine angeordnet. Somit können Druck- und/oder Enthalpieverluste im Abgas stromaufwärts der Abgasturbine vermieden werden.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet, insbesondere mit einer Gesamtzahl von Brennräumen, die 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 oder 20 betragen kann. Die Gesamtzahl der Brennräume kann auch eine andere, kleinere oder größere Zahl sein.
Die Brennkraftmaschine kann vorteilhaft als Ottomotor, oder auch als Dieselmotor ausgebildet sein. Sie kann insbesondere als Gasmotor und/oder als Zweistoffmotor, insbesondere als Dual-Fuel-oder Bi-Fuel-Motor ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.

Es wird vorausgeschickt, dass die hier dargestellten Ausführungsbeispiele von Brennkraftmaschinen sowie die daran erläuterten Ausführungsformen von Verfahren insbesondere der Vereinfachung wegen getrennt voneinander erläutert werden, um die Verständlichkeit zu erhöhen. Es ist aber bevorzugt auch möglich, diese Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen miteinander zu kombinieren.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit zwei Brennraumgruppen, nämlich einer ersten Brennraumgruppe 3 und einer zweiten Brennraumgruppe 5, wobei hier beispielhaft jede Brennraumgruppe 3, 5 jeweils zwei Brennräume aufweist, nämlich die erste Brennraumgruppe 3 zwei erste Brennräume 7 und die zweite Brennraumgruppe 5 zwei zweite Brennräume 9. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 mehr als vier Brennräume 7, 9 aufweist. Jede Brennraumgruppe 3, 5 weist zumindest einen Brennraum 7, 9 auf. Die Anzahl der ersten Brennräume 7 der ersten Brennraumgruppe 3 ist bevorzugt höchstens so groß wie die Hälfte der Gesamtanzahl der Brennräume 7, 9 der Brennkraftmaschine 1.
Der ersten Brennraumgruppe 3 ist eine erste Abgasleitung 11 zum Abführen von Abgas aus der ersten Brennraumgruppe 3 zugeordnet. Der zweiten Brennraumgruppe 5 ist eine zweite Abgasleitung 13 zum Abführen von Abgas aus der zweiten Brennraumgruppe 5 zugeordnet, wobei die Abgasleitungen 11, 13 zunächst voneinander separat verlaufen und schließlich in eine Gesamtabgasleitung 15 münden. Der wenigstens eine erste Brennraum 7 ist bezüglich wenigstens eines Konstruktionsparameters verschieden von dem wenigstens einen zweiten Brennraum 9, und/oder bezüglich wenigstens einen Betriebsparameters verschieden betreibbar von dem wenigstens einen zweiten Brennraum 9. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Steuereinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um wenigstens eine Abgaseigenschaft von Abgas in der Gesamtabgasleitung 15 im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameters für die erste Brennraumgruppe 3 einzustellen.
Der wenigstens eine Konstruktionsparameter, bezüglich dessen der erste Brennraum 7 von dem zweiten Brennraum 9 verschieden ist, ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kolbengeometrie, einem geometrischen Verdichtungsverhältnis, und einer Kanalgeometrie von wenigstens einem Einlasskanal oder Auslasskanal, insbesondere eines Zylinderkopfs.
In der Gesamtabgasleitung 15 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gasphasenreaktor 19 stromaufwärts einer Abgasturbine 21 angeordnet. Stromabwärts der Abgasturbine 21 ist wenigstens eine weitere Komponente 23 angeordnet, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem SCR-Katalysator, vorzugsweise mit einem Reduktionsmittel-Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators, einem Partikelfilter, und einem Oxidationskatalysator. Es ist möglich, dass mehr als eine solche Komponente 23 stromabwärts der Abgasturbine 21 in der Gesamtabgasleitung 15 oder entlang der Gesamtabgasleitung 15 angeordnet ist.
Der wenigstes eine Betriebsparameter, bezüglich dessen der erste Brennraum 7 verschieden von dem zweiten Brennraum 9 betreibbar ist, ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Verbrennungslufttemperatur, einer Ventilsteuerzeit, insbesondere einem Schließzeitpunkt eines Einlassventils, einem Verbrennungsluft-Verhältnis, einer zugeführten Brennstoffmasse und einem Zündzeitpunkt.
Der wenigstens eine Betriebsparameter wird im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gezielt für den wenigstens einen ersten Brennraum 7 variiert, um wenigstens eine Abgaseigenschaft, insbesondere eine chemische Zusammensetzung und/oder eine Abgastemperatur des Gesamtabgasstroms entlang der Gesamtabgasleitung 15, einzustellen, vorzugsweise zu variieren.
Der Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums 9 wird bevorzugt mit Blick auf einen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 eingestellt, insbesondere unabhängig von Abgaseigenschaften eines zweiten Abgasstroms in der zweiten Abgasleitung 13, während die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen der Abgaseigenschaften des ersten Abgasstroms in der ersten Abgasleitung 11 über den ersten Brennraum 7, insbesondere durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameterwerts, eingestellt wird. Die zweiten Brennräume 9 werden daher auch als Arbeitszylinder bezeichnet, die ersten Brennräume 7 auch als Abgasregelzylinder.
Insgesamt können auf diese Weise der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 angehoben und zugleich Emissionszielwerte eingehalten werden.
Den Brennraumgruppen 3, 5 wird bevorzugt separat Verbrennungsluft zugeführt, nämlich der ersten Brennraumgruppe 3 über einen ersten Verbrennungsluftabschnitt 25, und der zweiten Brennraumgruppe 5 über einen zweiten Verbrennungsluftabschnitt 27. Weiterhin sind den Brennraumgruppen 3,5 separate Brennstoffdosiereinrichtungen zugeordnet, hier der ersten Brennraumgruppe 3 eine erste Brennstoffdosiereinrichtung 29 zur Eindosierung von Brennstoff in den ersten Verbrennungsluftabschnitt 25, und der zweiten Brennraumgruppe 5 eine zweite Brennstoffdosiereinrichtung 31 zur Eindosierung von Brennstoff in den zweiten Verbrennungsluftabschnitt 27.
Selbstverständlich ist alternativ auch eine brennraumindividuelle Direktzufuhr von Brennstoff möglich, insbesondere eine Direkteinspritzung.
Insofern ist das vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor ausgebildet, wobei jedem Brennraum 7, 9 eine Zündeinrichtung 33 zugeordnet ist. Die Zündeinrichtungen 33 sind dabei bevorzugt separat, vorzugsweise brennraumgruppenindividuell, besonders bevorzugt brennraumindividuell, mittels eines Zündzeitpunkt-Reglers 35 ansteuerbar. Ist die Brennkraftmaschine 1 als Dieselmotor ausgebildet, sind bevorzugt den Brennräumen 7, 9 einzeln zugeordnete Brennstoffinjektoren bezüglich wenigstens eines Einspritzparameters, insbesondere eines Spritzbeginns, einer Spritzdauer, und/oder eines Spritzendes, brennraumgruppenindividuell, vorzugsweise brennraumindividuell, ansteuerbar.
Bei dem vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 sind die Brennstoff-Dosiereinrichtungen 29, 31 und der Zündzeitpunkt-Regler 35 jeweils mit der Steuereinrichtung 17 wirkverbunden und somit durch die Steuereinrichtung 17 ansteuerbar.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 ist ein erster Temperatursensor 37 in der Gesamtabgasleitung 15 stromaufwärts des Gasphasenreaktors 19 angeordnet. Ein zweiter Temperatursensor 39 ist hier stromabwärts der Abgasturbine 21 angeordnet. Die Temperatursensoren 37, 39 sind jeweils mit der Steuereinrichtung 17 wirkverbunden, so dass die durch die Temperatursensoren 37, 39 erfassten Temperaturwerte in der Steuereinrichtung 17 zur Verfügung stehen.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird insbesondere durch Wahl des Betriebsparameterwerts für die erste Brennraumgruppe 3 die Abgastemperatur in der Gesamtabgasleitung 15 stromaufwärts des Gasphasenreaktors 19 zumindest in ausgewählten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 1 angehoben, und/oder auf einen Temperatur-Sollwert oder in einen Temperatur-Sollbereich eingeregelt.
Insofern sollte das Abgas für die Abgasnachbehandlung am Eintritt in eine jeweilige Abgasnachbehandlungskomponente einen bestimmten Temperaturbereich aufweisen, insbesondere zwischen einer Mindesttemperatur und einer Maximaltemperatur. Zur Regelung auf den passenden Temperaturbereich wird bevorzugt ein Temperatur-Sollwert vorgegeben. Die tatsächliche Temperatur, die hier insbesondere durch den ersten Temperatursensor 37 erfasst wird, wird bevorzugt durch geeignete Wahl des wenigstens einen Betriebsparameterwerts für den wenigstens einen Betriebsparameter der ersten Brennraumgruppe 3 geregelt. Dies kann insbesondere durch geeignete Einstellung des Zündzeitpunkts, der Brennstoffmasse und/oder eines Schließzeitpunkts eines nicht dargestellten Einlassventils erfolgen. Diese Temperaturregelung wird bevorzugt durch die Steuereinrichtung 17 umgesetzt, insbesondere in Abhängigkeit der Messwerte des ersten Temperatursensors 37 und/oder des zweiten Temperatursensors 39.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Regelung der Eingangstemperatur des Abgases für den Gasphasenreaktor 19 ist es auch möglich, gezielt die Temperatur des Abgases in der Gesamtabgasleitung 15 stromaufwärts der weiteren Komponente 23, nämlich am Ort des zweiten Temperatursensors 39, zu regeln, insbesondere als Eingangstemperatur eines SCR-Katalysators, eines Partikelfilters, und/oder eines Oxidationskatalysators.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Die Temperatursensoren 37, 39 sind hier nicht dargestellt, sie können aber gleichwohl zusätzlich zu der im Folgenden beschriebenen Funktionalität vorhanden sein, und die Brennkraftmaschine 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann zusätzlich oder kombiniert mit der im Folgenden erläuterten Funktionalität die Funktionalität des ersten Ausführungsbeispiels aufweisen.
Bei dem hier dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 1 in der ersten Abgasleitung 11 einen ersten Stickoxidsensor 41 auf, sowie in der Gesamtabgasleitung 15 stromaufwärts des Gasphasenreaktors 19 einen zweiten Stickoxidsensor 43. Die Stickoxidsensoren 41, 43 können - insbesondere als kombinierte Sensoren - als Kombinationen aus mehreren Einzelsensoren, oder in anderer geeigneter Weise eingerichtet sein zur Erfassung einer Stickstoffdioxidkonzentration, einer Stickstoffmonoxidkonzentration, einer Gesamt-Stickoxidkonzentration, und/oder eines Stickoxid-Verhältnisses, das heißt eines Verhältnisses aus der Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamt-Stickoxidkonzentration. Die Stickoxidsensoren 41, 43 sind mit der Steuereinrichtung 17 wirkverbunden, sodass deren Messwerte in der Steuereinrichtung 17 zur Verfügung stehen.
Die Steuereinrichtung 17 ist insbesondere eingerichtet, den Betriebsparameterwert für den wenigstens einen Betriebsparameter der ersten Brennraumgruppe 3 so zu wählen, dass die Gesamt-Stickoxidkonzentration, das Stickoxid-Verhältnis, und/oder eine Abgastemperatur des Gesamtabgasstroms in der Gesamtabgasleitung 15 für einen Betrieb des Gasphasenreaktors 19 geeignet eingestellt, insbesondere optimiert wird, und/oder dass eine Stickstoffdioxidkonzentration für eine erhöhte Umsatzrate in einem SCR-Katalysator als weiterer Komponente 23 angehoben wird, und/oder dass ein Stickoxid-Verhältnis für eine passive Regeneration in einem Partikelfilter als weiterer Komponente 23 geeignet eingestellt wird. Hierzu wird insbesondere durch die Steuereinrichtung 17 der Zündzeitpunktregler 35 sowie die erste Brennstoffdosiereinrichtung 29 geeignet angesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von den Messwerten der Stickoxidsensoren 41, 43.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verweisen wird. Weiterhin wird hervorgehoben, dass dieses dritte Ausführungsbeispiel mit wenigstens einem der vorangegangenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiele vorteilhaft kombiniert werden kann.
Insbesondere ist hier der einfacheren Darstellung wegen der Gasphasenreaktor 19 nicht dargestellt. Dieser kann tatsächlich weggelassen, ebenso gut aber auch vorhanden sein.
Der erste Stickoxidsensor 41 ist hier stromabwärts der Abgasturbine 21 und stromaufwärts eines SCR-Katalysators 45 zur Messung von Stickoxid-Rohwerten in dem in den SCR-Katalysator 45 einströmenden Abgas angeordnet. Stromabwärts des SCR-Katalysators 45 ist ein Reduktionsmittel-Sperrkatalysator 47 angeordnet. Der zweite Stickoxidsensor 43 ist hier stromabwärts des Reduktionsmittel-Sperrkatalysators 47 angeordnet, um die Stickoxidkonzentration stromabwärts der insoweit relevanten Abgasnachbehandlung zu bestimmen. Selbstverständlich ist es möglich, dass zusätzlich - wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 - Stickoxidsensoren in der ersten Abgasleitung 11 und stromaufwärts der Abgasturbine 21, insbesondere stromaufwärts des Gasphasenreaktors 19, in der Gesamtabgasleitung 15 angeordnet sind.
In der ersten Abgasleitung 11 ist hier eine Lambdasonde 49 zur Bestimmung eines Verbrennungsluft-Verhältnisses in den ersten Brennräumen 7 angeordnet. Weiter ist in der ersten Abgasleitung 11 ein Dreiwegekatalysator 51 angeordnet.
Da ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Verbrennungsluft-Verhältnis und der Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des Dreiwegekatalysators 51 besteht, kann über die Lambdasonde 49 in einem ersten Rechenglied 53 auf die Ammoniakkonzentration in dem ersten Abgasstrom zurückgerechnet werden. Diese Ammoniakkonzentration geht gemeinsam mit einem in einem zweiten Rechenglied 55 bestimmten, die erste Abgasleitung 11 durchsetzenden Abgasmassenstrom in ein drittes Rechenglied 57 ein, in dem der Gesamt-Ammoniak-Massenstrom im Abgas berechnet wird. Die Rechenglieder 53, 55, 57 können Teil der Steuereinrichtung 17 sein, sie können aber auch extern zu der Steuereinrichtung 17 vorgesehen und mit dieser wirkverbunden sein, wobei dann der Gesamt-Ammoniak-Massenstrom der Steuereinrichtung 17 mitgeteilt wird.
Der Abgasmassenstrom entlang der ersten Abgasleitung 11 aus den ersten Brennräumen 7 wird in dem zweiten Rechenglied 55 bevorzugt aus einer momentanen Leistung der Brennkraftmaschine 1, einem Verbrennungsluftmassenstrom in die ersten Brennräume 7, einem Brennstoffmassenstrom in die ersten Brennräume 7, und einer momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 berechnet.
Diese Größen können gemessen und/oder aus Kennfeldern ausgelesen werden.
Bevorzugt werden auch der Abgasmassenstrom in der zweiten Abgasleitung 13 sowie der Gesamtabgasmassenstrom in der Gesamtabgasleitung 15 bestimmt.
Vorzugsweise wird durch die Steuereinrichtung 17 ein Soll-Ammoniak-Massenstrom berechnet, insbesondere in Abhängigkeit von den durch die Stickoxidsensoren 41, 43 bestimmten Stickoxidkonzentrationen sowie einer Temperatur des SCR-Katalysators 45, deren Erfassung hier nicht explizit dargestellt ist. Der Soll-Ammoniak-Massenstrom wird außerdem bevorzugt anhand eines hinterlegten Verhältnisses der Ammoniakkonzentration zu der Gesamt-Stickoxidkonzentration - betriebspunktabhängig - bestimmt. Dieser Soll-Ammoniak-Massenstrom kann dann noch mit einem Abgleich aus dem gemessenen Istwert für die Gesamt-Stickoxidkonzentration stromabwärts des SCR-Katalysators 45 und einem spezifischen Zielwert für die Gesamt-Stickoxidkonzentration, insbesondere einem Emissionsgrenzwert, abhängig vom aktuellen Gesamt-Motorbetriebspunkt justiert werden.
Mittels der Lambdasonde 49 und den Rechengliedern 53, 55, 57 wird insbesondere ein Ist-Ammoniak-Massenstrom bestimmt. Mit dem Abgleich des Ist-Ammoniak-Massenstroms zu dem Soll-Ammoniak-Massenstrom wird bevorzugt die Verbrennung in den ersten Brennräumen 7 bezüglich des benötigten Verbrennungsluft-Verhältnisses eingestellt.
Für eine Ammoniakregelung zur Anwendung bei dem Gasphasenreaktor 19 wird bevorzugt ebenso das Verbrennungsluft-Verhältnis an den ersten Brennräumen 7 eingestellt. Hierbei ergibt sich der Sollwert aus einem Gasphasenreaktionsmodell, in welches die Größen Kohlenwasserstoffkonzentration, Abgasmassenstrom, Gesamt-Stickoxidkonzentration, Stickoxid-Verhältnis oder Verhältnis von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid, Verweilzeit und Abgastemperatur eingehen.
Insbesondere kann somit durch die Steuereinrichtung 17 ein Verbrennungsluft-Verhältnis in den ersten Brennräumen 7 zur Erzeugung einer gewünschten Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des Dreiwegekatalysators 51 eingestellt werden, insbesondere zur Absenkung einer Methan-Oxidations-Reaktionstemperatur in dem Gasphasenreaktor 19, und/oder zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem SCR-Katalysator 45.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch eine Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 59 zur Eindosierung von Reduktionsmittel in den Gesamtabgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators 45 vorgesehen, die ebenfalls durch die Steuereinrichtung 17 ansteuerbar ist. Diese kann insbesondere Anwendung finden, wenn die durch die ersten Brennräume 7 produzierte Ammoniakmenge nicht zur hinreichenden Reduktion von Stickoxiden ausreicht. Es ist aber auch möglich, dass diese zusätzliche Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung 59 bei der Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens und bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 entfällt.
Anhand der hier dargestellten Ausführungsbeispiele wird deutlich, dass der Gasphasenreaktor 19 bevorzugt stromaufwärts der Abgasturbine 21 angeordnet ist. Der Dreiwegekatalysator 51 ist bevorzugt stromaufwärts der Abgasturbine 21, besonders bevorzugt stromaufwärts des Gasphasenreaktors 19 angeordnet. Die anderen Komponenten 23 der Abgasnachbehandlung sind vorzugsweise stromabwärts der Abgasturbine 21 angeordnet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens zwei Brennräumen (7,9), wobei - wenigstens ein erster Brennraum (7) der wenigstens zwei Brennräume (7,9) a) von wenigstens einem zweiten Brennraum (9) der wenigstens zwei Brennräume (7,9) verschieden ausgebildet ist, und/oder b) bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (1) mit einem anderen Betriebsparameterwert betrieben wird als der wenigstens eine zweite Brennraum (9) der wenigstens zwei Brennräume (7,9), wobei c) ein erster Abgasstrom aus dem wenigstens einen ersten Brennraum (7) mit einem zweiten Abgasstrom aus dem wenigstens einen zweiten Brennraum (9) zu einem Gesamtabgasstrom vereinigt wird, und wobei d) wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen des Betriebs des wenigstens einen ersten Brennraums (7) eingestellt wird, wobei ein Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums (9) in Hinblick auf einen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) unabhängig von Abgaseigenschaften des zweiten Abgasstroms eingestellt wird, wobei die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms durch Einstellen der Abgaseigenschaften des ersten Abgasstroms über den ersten Brennraum (7) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Gesamtabgasstroms eine chemische Zusammensetzung und/oder eine Temperatur des Gesamtabgasstroms eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter, bezüglich dessen der wenigstens eine erste Brennraum (7) mit einem anderen Betriebsparameterwert betrieben wird als der wenigstens eine zweite Brennraum (9), ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Verbrennungslufttemperatur, einer Ventilsteuerzeit, einem Verbrennungsluft-Verhältnis, einer zugeführten Brennstoffmasse, und einem Zündzeitpunkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl des Betriebsparameterwerts für den wenigstens einen Betriebsparameter des wenigstens einen ersten Brennraums (7) - eine Abgastemperatur als Eingangstemperatur eines Katalysators zumindest in ausgewählten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine (1) angehoben, und/oder auf einen Temperatur-Sollwert oder in einen Temperatur-Sollbereich geregelt wird, und/oder - eine Gesamt-Stickoxidkonzentration, ein Verhältnis einer Stickstoffdioxidkonzentration zu einer Gesamt-Stickoxidkonzentration, und/oder eine Abgastemperatur des Gesamtabgasstroms für einen Betrieb eines Gasphasenreaktors geeignet eingestellt wird, und/oder - eine Stickstoffdioxidkonzentration für eine erhöhte Umsatzrate in einem SCR-Katalysator angehoben wird, und/oder - ein Verhältnis einer Stickstoffdioxidkonzentration zu einer Gesamt-Stickoxidkonzentration für eine passive Regeneration eines Partikelfilters geeignet eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsluft-Verhältnis in dem ersten Brennraum (7) zur Erzeugung einer gewünschten Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts eines Dreiwegekatalysators (51) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluft-Verhältnis in dem ersten Brennraum (7) zur Erzeugung einer gewünschten Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts eines Dreiwegekatalysators (51) eingestellt wird: - zur Absenkung einer Methan-Oxidations-Reaktionstemperatur in einem Gasphasenreaktor (19), und/oder - zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem SCR-Katalysator (45) stromabwärts des Dreiwegekatalysators (51).
Brennkraftmaschine (1), mit - wenigstens zwei Brennraumgruppen (3,5) mit jeweils wenigstens einem Brennraum (7,9), wobei - einer ersten Brennraumgruppe (3) der wenigstens zwei Brennraumgruppen (3,5) eine erste Abgasleitung (11) zum Abführen von Abgas aus der ersten Brennraumgruppe (3) zugeordnet ist, wobei - einer zweiten Brennraumgruppe (5) der wenigstens zwei Brennraumgruppen (3,5) eine zweite Abgasleitung (13) zum Abführen von Abgas aus der zweiten Brennraumgruppe (5) getrennt von der ersten Abgasleitung (11) zugeordnet ist, wobei - die erste Abgasleitung (11) und die zweite Abgasleitung (13) stromabwärts der Brennraumgruppen (3,5) in eine Gesamtabgasleitung (15) münden, wobei - der wenigstens eine erste Brennraum (7) der wenigstens einen ersten Brennraumgruppe (3) a) bezüglich wenigstens eines Konstruktionsparameters verschieden ist von dem wenigstens einen zweiten Brennraum (9) der wenigstens einen zweiten Brennraumgruppe (5), und/oder b) bezüglich wenigstens eines Betriebsparameters verschieden betreibbar ist von dem wenigstens einen zweiten Brennraum (9) der wenigstens einen zweiten Brennraumgruppe (5), und mit c) einer Steuereinrichtung (17), die eingerichtet ist, um wenigstens eine Abgaseigenschaft von Abgas in der Gesamtabgasleitung (15) im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) durch Einstellen des wenigstens einen Betriebsparameters für die erste Brennraumgruppe (3) einzustellen, wobei die Steuereinrichtung (17) eingerichtet ist, um einen Betrieb des wenigstens einen zweiten Brennraums (9) in Hinblick auf einen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine (1) unabhängig von Abgaseigenschaften eines in der zweiten Abgasleitung (13) strömenden zweiten Abgasstroms einzustellen, und um die wenigstens eine Abgaseigenschaft des Abgases in der Gesamtabgasleitung (15) durch Einstellen der Abgaseigenschaften eines in der ersten Abgasleitung (11) strömenden ersten Abgasstroms über den ersten Brennraum (7) einzustellen.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Konstruktionsparameter, bezüglich dessen der wenigstens eine erste Brennraum (7) von dem wenigstens einen zweiten Brennraum (9) verschieden ist, ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kolbengeometrie, einem geometrischen Verdichtungsverhältnis, und einer Kanalgeometrie von wenigstens einem Einlasskanal oder Auslasskanal.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gesamtabgasleitung (15) zumindest ein Element angeordnet ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Gasphasenreaktor (19), einem Dreiwegekatalysator (51), einem SCR-Katalysator (45), einem Partikelfilter, und einem Oxidationskatalysator.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gesamtabgasleitung (15) eine Abgasturbine (21) angeordnet ist, wobei ein Gasphasenreaktor (19) stromaufwärts der Abgasturbine (21) angeordnet ist.