DE10236856A1 - Verfahren zur Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest zeitweiligen Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine (10) durch mindestens eine motorische Maßnahme, wobei die mindestens eine motorische Maßnahme eine Zündwinkelverstellung und eine Mehrfacheinspritzung umfasst und bei der Mehrfacheinspritzung innerhalb eines Ansaug- und Verdichtungstaktes eines Zylindes (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) mindestens zwei Kraftstoffeinspritzungen in dem Zylinder (12) durchgeführt werden und die späteste dieser Einspritzungen während eines Verdichtungstaktes des Zylinders (12) erfolgt.
Es ist vorgesehen, dass im Mehrfacheinspritzungsbetrieb ein Ansteuerende eines Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung in Abhängigkeit der Kolbenbodentemperatur und/oder einer diese korrelierende Ersatzgröße variiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest zeitweiligen Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Eine Anhebung einer Verbrennungs- beziehungsweise Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine ist in bestimmten Betriebssituationen erwünscht, insbesondere nach einem Motorkaltstart, wenn der Verbrennungskraftmaschine nachgeschaltete Katalysatoren ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht haben. Um ihre Betriebsbereitschaft zu erhalten, müssen die Katalysatoren sich mindestens auf eine katalysatorspezifische Anspring- oder Light-off-Temperatur erwärmt haben. Dabei bezeichnet die Anspringtemperatur eine Temperatur, bei der der Katalysator einen Konvertierungsgrad von 50% aufweist. Bis zu einem Zeitpunkt nach Motorkaltstart, an dem der Katalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat, gelangen Schadstoffe des Abgases weitgehend unkonvertiert in die Atmosphäre. Um eine Abgastemperatur anzuheben und somit einen Katalysatorwarmlauf zu beschleunigen, sind verschiedene Strategien bekannt.
  • Bekannt ist, einen Zündwinkel, also einen Zeitpunkt, an dem eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder erfolgt, während des Warmlaufs in Richtung spät, bezüglich eines Zündwinkels mit höchstem Wirkungsgrad, zu verstellen. Durch diese Zündwinkelspätverstellung wird der Arbeitswirkungsgrad der Verbrennung vermindert und gleichzeitig eine Abgastemperatur erhöht. Infolge des heißeren Abgases wird die Katalysatoraufheizung beschleunigt. Das Verfahren der Spätzündung findet seine Begrenzung bei Zündwinkeln, bei denen eine Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine in unzulässiger Weise steigt und eine zuverlässige Zündung nicht mehr gewährleistet werden kann.
  • Ein weiteres Verfahren zur Erhöhung der Abgastemperatur wird durch eine so genannte Mehrfacheinspritzung (Homogen-Split-Modus) eröffnet, welche in jüngster Zeit für direkteinspritzende, fremdgezündete Verbrennungskraftmaschinen beschrieben wurde, bei denen der Kraftstoff mittels Einspritzventilen direkt in einen Brennraum eines Zylinders eingespritzt wird (WO 00/08328, EP 0 982 489 A2 , WO 00/57045). Dabei wird eine während eines Arbeitsspiels eines Zylinders zuzuführende Kraftstoffgesamtmenge aufgeteilt in zwei Portionen mit zwei Einspritzvorgängen einem Brennraum des Zylinders zugeführt. Eine erste, frühe Einspritzung (homogene Teileinspritzung) erfolgt während eines Ansaugtaktes des Zylinders derart, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zum nachfolgenden Zündzeitpunkt eine zumindest weitgehend homogene Verteilung im Brennraum aufweist. Eine zweite, späte Einspritzung (Schicht-Teileinspritzung) wird dagegen noch vor Zündung während eines anschließenden Verdichtungstaktes, insbesondere während der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes, durchgeführt und führt zu einer so genannten Schichtladung, bei der die eingespritzte Kraftstoffwolke sich im Wesentlichen im Bereich um eine Zündkerze des Zylinders konzentriert. Somit liegt im Mehrfacheinspritzungsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ein Mischbetrieb aus Schichtladung und Homogenladung vor. Der Mehrfacheinspritzungsbetrieb führt zu der Möglichkeit, deutlich später als im Einfacheinspritzungsbetrieb zu zünden und damit zu einer erhöhten Abgastemperatur gegenüber reinem Homogenbetrieb. Neben der erhöhten Abgastemperatur besteht ein weiterer Vorteil der Mehrfacheinspritzung in einer verminderten Rohemission von Stickoxiden NOx und unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC, die zu einer Senkung des Schadstoffdurchbruchs während der Warmlaufphase führt.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere in den ersten 15 Sekunden nach Motorstart eine deutliche Minderung der Rohemission bewirkt, insbesondere einer HC-Rohemission.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche stellen Vorzugsvarianten dar.
  • Der Erfindung liegen dabei die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Im Mehrfacheinspritzungsbetrieb wurde ein Ansteuerende eines Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung zumindest zeitweise zwischen 80 und 10° vor einem oberen Zündtotpunkt (ZOT) eingestellt und/oder ein Zündwinkel zumindest zeitweise zwischen 10 und 45° nach ZOT eingestellt. Die Bereiche von Einspritzwinkel und Zündwinkel liegen damit, verglichen mit bekannten Verfahren, in extrem späten Phasen eines Arbeitsspiels des Zylinders. Hierdurch lassen sich Abgastemperaturen erzeugen, die gegenüber den Verfahren des zitierten Standes der Technik weit hinaus gehen. Somit lässt sich insbesondere ein schneller Warmlauf mindestens eines ersten nachgeschalteten Katalysators unterhalb 15 s nach Motorstartende bewirken und eine Schadstoffemission verringern.
  • Sowohl das Ansteuerende des Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung als auch der Zündwinkel wurden in einer bevorzugten Ausführung gleichzeitig innerhalb der genannten Kurbelwellenbereiche eingestellt. Auf diese Weise können innerhalb dieser Bereiche besonders späte Punkte für Einspritzung und Zündung realisiert und maximale Abgastemperaturen erzielt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wurde das Ansteuerende des Einspritzwinkels zwischen 45 und 25° vor ZOT, insbesondere zwischen 40 und 35° vor ZOT, eingestellt. Für den Zündzeitpunkt waren somit Winkel zwischen 20 und 45° nach ZOT, insbesondere zwischen 25 und 35° nach ZOT, möglich.
  • Nachteilig ist jedoch, dass bei dieser Technik weder die Brennraumtemperatur (Kolbenbodentemperatur) oder die seit Motorstart verstrichene Zeit oder eine andere mit der Kolbenbodentemperatur korrelierende Ersatzgröße einbezogen wurde. Dies ist jedoch sinnvoll, da die Schichteinspritzung über den Kolbenboden zur Zündkerze geführt wird und mit abnehmender Benetzung des kalten Kolbenbodens eine geringere Kraftstoffanlagerung und damit eine niedrigere HC-Rohemission erzielbar wäre.
  • Gemäß der Erfindung wird das Einspritzende einer Schicht-Teileinspritzung in einem Mehrfacheinspritzungsbetrieb (Homogen-Split-Modus) in Abhängigkeit von der Kolbenbodentemperatur und/oder einer die Kolbenbodentemperatur korrelierenden Ersatzgröße, beispielsweise von der Betriebszeit des Motors seit Start, von der Anzahl der Zündvorgänge seit Motorstart, vom kumulierten Kraftstoffverbrauch seit Motorstart, von der Abgastemperatur am Motoraustritt, der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur, und/oder des kumulierten Luftmassendurchsatzes seit Motorstart oder dergleichen, variabel gestaltet.
  • Als vorteilhaft hat sich erwiesen, das Einspritzende der Schicht-Teileinspritzung um einen vorgebbaren Betrag gegenüber dem gleichen betriebswarmen Betriebspunkt in Richtung "früh", das heißt hin zu größeren Kurbelwinkelwerten vor ZOT, zu verschieben. Das Verfahren wird dabei so gesteuert, dass dieser Offset des Ansteuerendes mit zunehmender Kolbenbodentemperatur und/oder einer korrelierenden Ersatzgröße linear, progressiv oder degressiv bis auf NuII abnimmt, wobei jedoch für den Zündzeitpunkt die Einstellung eines günstigen Winkels für eine Spätzündung zwischen 20 und 45° nach ZOT, insbesondere zwischen 25 und 35° nach ZOT, erhalten bleibt.
  • Das bedeutet, dass in einem Mehrfacheinspritzungsbetrieb die frühere homogene Teileinspritzung und/oder das Einspritzende einer späteren Schicht-Teileinspritzung vor ZOT mit einem Betriebstemperatur abhängigen Offset beaufschlagt werden. Eine Rücknahme des Offsets kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich schneller als bei einer "klassischen" Homogeneinspritzung des bekannten Standes der Technik erfolgen, da die vorgenommene Splittung in homogene Teileinspritzung und Schicht-Teileinspritzung ein sehr schnelles Aufheizen des Brennraums gewährleistet. Die Einbeziehung von Kolbenbodentemperatur und/oder einer mit ihr korrelierenden Größe gestaltet das Verfahren zusätzlich wesentlich effektiver.
  • Die vorgebbare Höhe des Offsets wird erfindungsgemäß bevorzugt so gewählt, dass der Kurbelwellenwinkel bei Spritzbeginn der homogenen Teileinspritzung um den gleichen Betrag vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens abweicht wie der Winkel bei Spritzende einer späteren Schicht-Teileinspritzung vor ZOT. Das heißt zum Beispiel, liegt der Spritzbeginn einer Homogeneinspritzung bei einem Winkel von 280° vor ZOT ( = 80° nach OT), so liegt bevorzugt der Winkel des Spritzendes einer späteren Schichteinspritzung bei 80° vor ZOT. Es können aber auch abweichende Werte gewählt werden. Gemäß der Erfindung ist das Ansteuerende einer späteren Schicht-Teileinspritzung spätestens bei einem Kolbenwinkel von 40° vor ZOT festgelegt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das Ansteuerende des Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung zwischen 120° und 40°, insbesondere zwischen 80° und 50° vor ZOT, eingestellt. Die genannten Werte beziehen sich auf Motordrehzahlen im Bereich von 600 bis 1500 min–1. Gegebenenfalls wird der Winkelabstand auch motordrehzahl- und/oder einspritzdruckabhängig variiert, wobei üblicherweise der Abstand mit steigender Motordrehzahl abgehoben und mit steigendem Einspritzdruck abgesenkt wird. Diese Ausführung gewährleistet stets eine optimale Zeitspanne für die Gemischaufbereitung.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Mehrfacheinspritzung bevorzugt zwei Einspritzungen umfasst, wobei eine erste, frühe Teileinspritzung im Wesentlichen während eines Ansaugtaktes, insbesondere einer ersten Hälfte des Ansaugtaktes, erfolgt. Aufgrund des großen zeitlichen Abstandes zwischen Einspritzzeitpunkt der frühen Einspritzung und dem Zündpunkt nimmt der in der frühen Einspritzung zugeführte Kraftstoff zum Zündzeitpunkt eine im Wesentlichen homogene Verteilung im Brennraum des Zylinders ein. Hingegen erfolgt die zweite, späte Teileinspritzung vorzugsweise in der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes und bildet zum Zündzeitpunkt eine im Wesentlichen im Bereich einer Zündkerze des Brennraums befindliche Ladungswolke aus. Die Erzeugung einer derartigen Schichtladung ist prinzipiell von schichtladefähigen Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei die Ausbildung und Lenkung der Schichtladungswolke durch geeignete Ausgestaltungen eines Kolbenbodens und/oder durch Strömungsverhältnisse beeinflussende bauliche Maßnahmen in einer Lufteinlassleitung, beispielsweise in Form von Ladungsbewegungsklappen, unterstützt werden kann. Dabei wird im ersten Falle von einem wandgeführten Schichtladungsbetrieb und im letzteren Falle von einem luftgeführten Betrieb gesprochen. Vorzugsweise wird das vorliegende Verfahren bei Verbrennungskraftmaschinen angewandt, bei denen der Schichtladungsbetrieb durch eine Kombination von luft- und wandführenden Maßnahmen aufrecht erhalten wird. Auf diese Weise lassen sich besonders gut definierte und somit zündwillige und brennbare Ladungswolken erzeugen. Insbesondere hat sich das Verfahren für schichtladefähige Verbrennungskraftmaschinen bewährt, die mit einer Luftströmung im Brennraum arbeiten, die eine insbesondere quer zur Kolbenbewegung verlaufende Drallachse aufweist.
  • Wie bereits einleitend erläutert wurde, führt eine derartige gemischte Kraftstoffaufbereitung (homogen/geschichtet) zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und gleichzeitig zu einer Absenkung einer Rohemission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden. Dabei werden die Kraftstoffanteile der beiden Einspritzungen vorzugsweise so gewählt, dass die erste Einspritzung (homogene Teileinspritzung) zu einem sehr mageren, allein nicht zündfähigen Luft-Kraftstoff-Gemisch führt, welches nur mit Hilfe der Schichtladungswolke der zweiten Einspritzung (Schicht-Teileinspritzung) gezündet und verbrannt werden kann. Um ein vollständiges Abbrennen der Homogenladung zu gewährleisten, sollte die in der Homogeneinspritzung zugeführt Kraftstoffmenge 20% der insgesamt zugeführten Kraftstoffmenge nicht unterschreiten. Vorzugsweise beträgt der Anteil des in der Schichteinspritzung zugeführten Kraftstoffes 50–70%, insbesondere mindestens 70 %. Vorzugsweise wird ferner insgesamt ein leicht mageres bis stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Lambdawert zwischen 1 und 1,2 eingestellt. Hierdurch wird genutzt, dass eine Anspringtemperatur des Katalysators in einer mageren Abgasatmosphäre stets niedriger als in einer stöchiometrischen Atmosphäre ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Minderung der Rohemission wird vorzugsweise bei Aufheizung mindestens eines der Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Katalysators, insbesondere nach einem Motorstart, verwendet. Vorzugsweise wird das Verfahren eingesetzt, um vor Erwärmung eines motornahen Vorkatalysators wenigstens annähernd die Rohemission auf seine Anspringtemperatur zu mindern.
  • Das Verfahren hat den großen Vorteil, dass dadurch der Edelmetallgehalt der katalytischen Beschichtung gesenkt werden kann. So beträgt ein Edelmetallgehalt des mindestens einen Katalysators, insbesondere wenigstens eines Vorkatalysators, vorzugsweise aller eingesetzter Katalysatoren, höchstens 3,59 g/dm3 Katalysatorvolumen (100 g/ft3), vorzugsweise höchstens 2,87 g/dm3 (80 g/ft3), beträgt. Bekannte Katalysatorsysteme von direkteinspritzenden schichtladefähigen Ottomotoren weisen erheblich höhere Edelmetallgehalte auf, nämlich mindestens 3,95 g/dm3 (110 g/ft3), typischerweise mindestens 4,67 g/dm3 (130 g/ft3), um im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) mit thermisch ungeschädigten und schwefelfreien Katalysatoren und einem zeitlichen Schichtbetriebsanteil von mindestens 250 s eine NC-Emission von unter 0,07 g/km und eine NOx-Emission von unter 0,05 g/km einzuhalten. (Dabei wird hier ein Katalysator als schwefelfrei bezeichnet, der eine eingespeicherte Schwefelmasse unterhalb von 0,2 g/dm3 Katalysatorvolumen aufweist.) Diese hohen Edelmetallbeschickungen gemäß Stand der Technik wirken den gegenüber konventionellen Saugrohreinspritzern höheren HC-Rohemissionen bei kaltem Motor entgegen. Durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann die HC-Rohemission während der Lightoff-Phase des Vorkatalysators so weit gesenkt werden, dass sour beim Einsatz eines Katalysatorsystems mit einem erfindungsgemäß edelmetallreduzierten Vorkatalysator, der einer künstlichen Ofenalterung bei 1100°C über 4 Stunden in einer Atmosphäre mit 2% O2 und 10% H2O unterzogen wurde, und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im NEFZ eine HC-Emission von 0,1 g/km und eine NOx-Emission von 0,08 g/km nicht überschritten wird. Durch die Absenkung des Edelmetallgehaltes in Kombination mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Einhaltung gesetzlicher Abgasgrenzwerte somit auf kostengünstigere Weise realisierbar.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen ( Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine mit nachgeschaltetem Katalysatorsystem;
  • 2 der obere Teil zeigt einen Ablauf einer homogenen Kraftstoffeinspritzung und der untere Teil einen Ablauf von Kraftstoffeinspritzung und Zündung nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 3 als Kennlinien dargestellte Einspritzzeitpunkte über der Zeit.
  • 1 zeigt eine fremdgezündete, magerlauffähige Verbrennungskraftmaschine 10, die beispielsweise vier Zylinder 12 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 10 verfügt über ein nicht dargestelltes Direkteinspritzungssystem, über welches eine Kraftstoffeinspritzung unmittelbar in die Zylinder 12 erfolgt. Ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 erzeugtes Abgas wird durch einen Abgaskanal 14 und das hierin angeordnete Katalysatorsystem 16, 18 geführt. Das Katalysatorsystem umfasst einen motornah angeordneten, kleinvolumigen Vorkatalysator 16 sowie einen Hauptkatalysator 18, beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator, der üblicherweise an einer Unterbodenposition angeordnet ist. Eine Regelung eines der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erfolgt durch Messung einer Sauerstoffkonzentration des Abgases mit Hilfe einer Lambdasonde 20. Ein Temperatursensor 22, der stromab des Vorkatalysators 16 im Abgaskanal 14 angeordnet ist, ermöglicht die Messung einer Abgastemperatur und somit Rückschlüsse auf die Temperatur des Vor- und/oder des Hauptkatalysators 16, 18. Die von den Sensoren 20, 22 bereitgestellten Signale sowie verschiedene Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 werden an ein Motorsteuergerät 24 übermittelt, wo sie gemäß abgespeicherter Algorithmen und Kennfelder ausgewertet und verarbeitet werden. In Abhängigkeit dieser Signale erfolgt eine Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 durch das Motorsteuergerät 24, insbesondere des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, eines Einspritzungsmodus sowie der Zündung.
  • Wird mit Hilfe des Temperatursensors 22 eine Temperatur des Katalysatorsystems, insbesondere des Vorkatalysators 16, ermittelt, die unterhalb einer für eine ausreichende Schadstoffkonvertierung notwendigen Anspringtemperatur liegt, beispielsweise nach einem Motorkaltstart, so leitet das Motorsteuergerät 24 verschiedene Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur ein. Insbesondere wird der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 von Einfach- in Mehrfacheinspritzung umgestellt. Dabei erfolgt eine erste, frühe Kraftstoffeinspritzung 30, vorzugsweise innerhalb der ersten Hälfte eines Ansaugtaktes eines Zylinders 12, so dass der in dieser Einspritzung 30 zugeführte Kraftstoff zu einem nachfolgenden Zündzeitpunkt im Wesentlichen in homogener Brennraumverteilung vorliegt (homogene Teileinspritzung). Eine zweite, späte Kraftstoffeinspritzung 32 (Schicht-Teileinspritzung) erfolgt unter Einbeziehung der ermittelten Kolbenbodentemperatur und/oder einer der Kolbenbodentemperatur korrelierenden Ersatzgröße mit einem Ansteuerende des Einspritzens 32, das zumindest zeitweise bei Motordrehzahlen zwischen 600 und 1500 min–1, spätestens 40° vor einem oberen Zündtotpunkt (ZOT) liegt. Bevorzugt wird das Katheizen so gesteuert, dass der Spritzbeginn der homogenen Teileinspritzung 30 um den gleichen Betrag vom OT des Kolbens abweicht wie das Ende der Schicht-Teileinspritzug 32 vor ZOT liegt. Gleichzeitig wird ein Zündwinkel 34 im Mehrfacheinspritzungsbetrieb bei Motordrehzahlen zwischen 600 und 1500 min–1 von 20 bis 45°, vorzugsweise 30°, nach ZOT zumindest zeitweise eingestellt. Sowohl die besonderen Verbrennungsabläufe des Mehrfacheinspritzungsbetriebes als auch die extreme Spätzündung bewirken eine Erhöhung der Abgastemperatur und somit einen beschleunigten Warmlauf des Katalysatorsystems 16, 18.
  • Der obere Teil der 2 zeigt eine Kolbenposition und klassische Homogeneinspritzung 36 zu einem Zündwinkel 38 von 12° nach ZOT, welcher gemäß dem Stand der Technik den spätestmöglichen Zündzeitpunkt für einen aussetzerfreien und NC-armen Betrieb darstellt. Ein noch späterer Zündzeitpunkt, beispielsweise bei 30° nach ZOT, ist nicht praktikabel, da sich bekanntermaßen schlechte Zündeigenschaften mit einer hohen Aussetzerrate und hohen HC-Rohemissionen einstellen.
  • Wie aus dem unteren Teil der 2 entnehmbar ist, können erfindungsgemäß Zündwinkel zu sehr viel späteren Zeitpunkten vorgegeben werden. Zu einem Kurbelwellenwinkel von spätestens 40° vor ZOT befindet sich die spätere Schicht-Teileinspritzung 32 des Mehrfacheinspritzungsbetriebs am Endpunkt (Ansteuerende) der Schicht-Teileinspritzung. Zu diesem Zeitpunkt erreicht eine Ladungswolke bereits den in der Nähe befindlichen Kolbenboden, dessen Temperatur beziehungsweise eine sie korrelierende Größe in die Festlegung des Endpunktes der Schicht-Teileinspritzung 32 einbezogen ist, und wird zur Zündkerze gelenkt. Das Ansteuerende liegt abhängig von der Kolbenbodentemperatur beziehungsweise der die Kolbenbodentemperatur korrelierenden Größe zwischen 120° und 40°, bevorzugt zwischen 80° und 30° vor ZOT. Die Zündung 34 kann erfolgen, wenn der Kolben sich bereits wieder in der Abwärtsbewegung befindet, insbesondere bei einem Zündwinkel von 20 bis 35° nach ZOT, vorzugsweise 30° nach ZOT. Der Zündwinkel der Zündung 34 ist bevorzugt so gewählt, dass dieser 50° bis 90°, insbesondere 60° bis 80° nach Ansteuerende der Schicht-Teileinspritzung 32 liegt.
  • In der 3 sind Kennlinien der Einspritzzeitpunkte über der Zeit dargestellt. Hierbei ist eine Kennlinie 40 für das Ansteuerende der Schicht-Teileinspritzung 32 zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 aufgetragen. Das Ansteuerende ist hierbei als Kurbelwellenwinkel vor ZOT über der Zeit aufgetragen. Der Zeitpunkt t1 definiert hierbei den Beginn des so genannten Katheizens während der Zeitpunkt t2 das Ende des Katheizens, beispielsweise nach einem Motorstart, definiert. Es wird deutlich, dass sich das Ansteuerende der Schicht-Teileinspritzung 32 über der Zeit in Richtung ZOT verschiebt. Während zum Zeitpunkt t1 das Ansteuerende noch bei einem Kurbelwellenwinkel von 80° vor ZOT liegt, verringert sich dieser bis zu einem Zeitpunkt t3 auf einen Wert von 50° vor ZOT. Dieser Kurbelwellenwinkel von 50° ZOT bleibt über die Zeitspanne t3 bis t2 konstant. Es wird also deutlich, dass die Kennlinie des Ansteuerendes der Schicht-Teileinspritzung 32 über der Zeit zunächst linear bis zum Zeitpunkt t3 abfällt und dann konstant bleibt. Nach weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Kennlinie 40 auch nicht-linear abfallen. Die Ansteuerung kann hierbei so erfolgen, dass das Ansteuerende der späteren Schicht-Teileinspritzung 32 binnen höchstens 100 Kurbelwellenumdrehungen um mindestens 20° Kurbelwellenwinkel in Richtung spät, das heißt Richtung ZOT, verschoben wird.
  • Zum Vergleich ist in 3 eine Kennlinie 42 eingetragen, die den Verlauf des Einspritzbeginns einer Homogeneinspritzung gemäß Stand der Technik zum Verlauf des Ansteuerendes der Schicht-Teileinspritzung 32 gemäß der Erfindung verdeutlicht. Die Kennlinie 42 zeigt, dass im Stand der Technik eine langsame Vorverlagerung des Einspritbeginns der Homogeneinspritzung über der Zeit, also von ZOT weg, erfolgt. Demgegenüber sieht die Erfindung eine schnelle Rückverlagerung des Ansteuerendes der Schicht-Teileinspritzung 32 in Richtung ZOT vor. Hierdurch ergibt sich die gewünschte Verringerung der Benetzung des Kolbenbodens mit Kraftstoff, so dass es zur raschen Anhebung der Abgastemperatur und somit einer Reduzierung der Schadstoffemission kommt.
  • Besonders späte Zündzeitpunkte und damit besonders hohe Abgastemperaturen lassen sich erzielen bei Brennverfahren, bei denen die Ausbildung und Lenkung der Schichtladungswolke sowohl durch die spezielle Kolbenbodengestaltung erfolgt, das heißt wandgeführt, als auch durch geeignete Luftströmungen, die durch geeignete Ausgestaltungen des Lufteinlasskanals erzeugt werden (Luftführung). Insbesondere sind Luftströmungen mit einer Drallachse, die vorzugsweise quer zur Kolbenbewegung verläuft, im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Bei dieser Gemischaufbereitung bleibt eine zündfähige Gemischwolke lange im Bereich der Zündkerze erhalten, so dass hier besonders späte Zündwinkel möglich sind.
    • 10
    Verbrennungskraftmaschine
    12
    Zylinder
    14
    Abgaskanal
    16
    Vorkatalysator
    18
    Hauptkatalysator/NOx-Speicherkatalysator
    20
    Lambdasonde
    22
    Temperatursensor
    24
    Motorsteuergerät
    30
    Einspritzung
    32
    Schicht-Teileinspritzung
    34
    Zündwinkel
    36
    Homogeneinspritzung
    38
    Zündwinkel
    40
    Kennlinie
    42
    Kennlinie
    ZOT
    oberer Zündtotpunkt
    OT
    oberer Totpunkt
    UT
    unterer Totpunkt
    KW
    Kurbelwinkel
    t1
    Zeitpunkt
    t2
    Zeitpunkt
    t3
    Zeitpunkt

Claims (11)

  1. Verfahren zur zumindest zeitweiligen Anhebung einer Abgastemperatur einer Verbrennungskraftmaschine (10) durch mindestens eine motorische Maßnahme, wobei die mindestens eine motorische Maßnahme eine Zündwinkelverstellung und eine Mehrfacheinspritzung umfasst und bei der Mehrfacheinspritzung innerhalb eines Ansaug- und Verdichtungstaktes eines Zylinders (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) mindestens zwei Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder (12) durchgeführt werden und die späteste dieser Einspritzungen während eines Verdichtungstaktes des Zylinders (12) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass im Mehrfacheinspritzungsbetrieb ein Ansteuerende eines Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung in Abhängigkeit der Kolbenbodentemperatur und/oder einer diese korrelierende Ersatzgröße variiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfacheinspritzung zwei Einspritzungen umfasst, wobei die erste, frühe Einspritzung im Wesentlichen während eines Ansaugtaktes, insbesondere einer ersten Hälfte des Ansaugtaktes, erfolgt und der in der frühen Einspritzung zugeführte Kraftstoff zum Zündzeitpunkt eine im Wesentlichen homogene Verteilung im Brennraum des Zylinders (12) einnimmt und dass die zweite, spätere Einspritzung in der zweiten Hälfte des Verdichtungstaktes erfolgt und der in der späten Einspritzung zugeführte Kraftstoff sich zum Zündzeitpunkt im Wesentlichen im Bereich einer Zündkerze des Brennraums des Zylinders (12) konzentriert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrfacheinspritzungsbetrieb so eingestellt wird, dass der Kolbenwinkel bei Spritzbeginn einer homogenen Teileinspritzung um den gleichen Betrag vom (OT) des Kolbens abweicht wie der Winkel beim Ansteuerende der späteren Schicht-Teileinspritzung vor (ZOT).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuerende des Einspritzwinkels der spätesten Einspritzung zwischen 120° und 40° vor (ZOT), bevorzugt zwischen 80° und 50° vor (ZOT), eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuerende der spätesten Einspritzung binnen höchstens 100 Kurbelwellenumdrehungen um zumindest 20° KW in Richtung "spät" verschoben wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel zwischen 20° und 45° nach (ZOT), insbesondere zwischen 25° und 35° nach (ZOT), eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel zwischen 50 und 90° KW, bevorzugt zwischen 60° und 80° KW nach Ende der Schichteinspritzung eingestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuerende der späten Einspritzung und der Zündwinkel abhängig von der Kolbenbodentemperatur und/oder einer korrelierenden Ersatzgröße, vorzugsweise von der Betriebszeit des Motors seit Start, von der Anzahl der Zündvorgänge seit Motorstart, vom kumulierten Kraftstoffverbrauch seit Motorstart, von der Abgastemperatur am Motoraustritt, der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur, und/oder des kumulierten Luftmassendurchsatzes seit Motorstart ist und mit zunehmender Kolbenbodentemperatur und/oder einer korrelierenden Ersatzgröße dafür linear, progressiv oder degressiv bis auf Null abnimmt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) fremdgezündet und direkteinspritzend und/oder schichtladefähig ist
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennraumluftströmung der Verbrennungskraftmaschine (10) eine, insbesondere quer zur Kolbenbewegung verlaufende Drallachse aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des in der späten Einspritzung eingespritzten Kraftstoffes an einer eingespritzten Gesamtkraftstoffmenge 20–90%, bevorzugt 50–70%, beträgt.
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