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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
mit Selbstzündung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ziel
der Entwicklung von neuen Dieselbrennkraftmaschinen ist es, die
Bildung von Abgasemissionen, insbesondere die Stickoxid-Emissionen
zu minimieren. Dabei wird oft eine Abgasrückführung als Mittel zur Emissionssenkung
verwendet, wobei eine Abgasrückführrate lastpunktabhängig eingestellt wird.
Eine weitere Senkung der Stickoxid-Emissionen kann mittels eines
SCR-Katalysators erzielt werden, in dem die Zugabe bzw. die Dosierung
eines Reduktionsmittels, z.B. Ammoniak, proportional zu der Stickoxidentstehung
in der Brennkraftmaschine vorgenommen wird. Die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen
lassen nur begrenzte Umsätze
eines solchen SCR-Katalysators zu, da die Stickoxid-Rohemissionen
der Brennkraftmaschine nur aus bekannten Kennfeld-Daten ermittelt
werden können.
Sensoren zur direkten Messung der Stickoxid- oder Ammoniakkonzentrationen
im Abgas befinden sich noch im Forschungsstadium, wobei die derzeit
verfügbaren Sensoren
noch unzuverlässig
sind.
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Aus
der
DE 197 34 494
C1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
bekannt, bei dem eine Rückführrate des
Abgases auf Basis einer zweifachen Messung der Sauerstoffkonzentration
im Abgas bzw. in der Ladeluft errechnet wird. Neben dem hohen messtechnischen
Aufwand wird bei dieser Methode lediglich die Rückführrate des Abgases bestimmt.
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Aus
der
EP 554 766 B1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem eine Dosiereinrichtung für einen SCR-Katalysator
gesteuert wird. Die hierzu erforderliche Kenntnis der Stickoxid-Rohemissionen
erfolgt durch die Heranziehung von Kennfeld-Daten, die die motorische
Emission in Abhängigkeit
von motorischen Parametern vergleichsweise ungenau beschreiben.
Zur Vermeidung von Ammoniak-Durchbruch nach Katalysator müssen aufgrund
der nur näherungsweise
bekannten Stickoxid-Rohemission große Sicherheitsabstände eingebaut
werden, so dass eine niedrige Konvertierung im Katalysator bis etwa
70% erzielt wird.
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Aus
der
DE 100 43 383
C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts
in Abgasen von Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem die der Brennkraftmaschine
zugeführte
Luftmasse erfasst wird, wobei aus mindestens einem aktuellen Messwert
des Motorbetriebs eine Bestimmung des Schwerpunkts der Verbrennung
erfolgt. Aus dem Wert für
die Lage des Schwerpunkts der Verbrennung sowie den Werten der erfassten
Kraftstoffmenge und Luftmasse werden die NOx-Rohemissionen berechnet.
Die parallele Bestimmung von Luftmasse, Kraftstoffmasse und rückgeführte Abgasmasse
ist mit erheblichem Aufwand verbunden.
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Der
Schwerpunkt der Verbrennung beschreibt auf Basis des ersten Hauptsatzes
der Thermodynamik jenen Zustand im Brennraum, bei dem 50% der eingebrachten
Kraftstoffenergie umgewandelt wurde. Die Lage des Schwerpunkts ist
die zugehörige
Kurbelwinkelposition, d.h. eine Kurbelwinkelposition des Kolbens,
bei der 50% der an der Verbrennung teilnehmenden Kraftstoffmenge
in Wärme umgesetzt
wurde.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung
bzw. zur Minimierung von Stickoxid-Emissionen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, des Anspruchs 2 oder
des Anspruchs 3 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass während einer Verbrennung im
Brennraum eine mittlere Gastemperatur im Zylinder bestimmt wird,
so dass ein Gradient der mittleren Gastemperatur errechnet wird,
und aus einem Wert des Gradienten der mittleren Gastemperatur und/oder
aus einer Lage des Gradienten der mittleren Gastemperatur im Brennraum
eine Stickoxid-Rohemission der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung steht die gebildete Stickoxid-Rohemission (NOx-Emission)
der selbstzündenden
Brennkraftmaschine in direktem Zusammenhang mit dem Gradienten der
mittleren Gastemperatur im Zylinder. Dementsprechend werden die Motorparameter
derart eingestellt, dass sich bei der Verbrennung ein Verlauf des
Gradienten ergibt, bei dem verringerte NOx-Emissionen gebildet werden.
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Weiterhin
zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, dass während
einer Verbrennung im Brennraum eine mittlere Gastemperatur im Zylinder
bestimmt wird, so dass aus einem Maximalwert der mittleren Gastemperatur
im Brennraum und/oder aus einer Lage des Maximalwertes der mittleren
Gastemperatur eine Stickoxid-Rohemission der Brennkraftmaschine
ermittelt wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung steht die gebildete Stickoxid-Rohemission (NOx-Emission)
der selbstzündenden
Brennkraftmaschine in direktem Zusammenhang mit dem Maximalwert
der mittleren Gastemperatur im Zylinder. Dementsprechend werden die
Motorparameter derart eingestellt, dass sich bei der Verbrennung
ein bestimmter Maximalwert eingestellt wird bzw. ein vorgegebener
Maximalwert nicht überschritten
wird. Dadurch kann eine vereinfachte Bestimmung der NOx-Emissionen
vorgenommen werden, bei der der messtechnische Aufwand reduziert
wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass im Brennraum eine mittlere
Gastemperatur im Zylinder bestimmt wird, und aus einem Wert einer
mittleren Gastemperatur beim Schließen des Einlassventils und/oder
einem Wert einer Kompressionsendtemperatur im Brennraum eine Stickoxid-Rohemission
der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
steht die gebildete NOx-Rohemission der
selbstzündenden
Brennkraftmaschine in direktem Zusammenhang mit dem Wert der mittleren
Gastemperatur, die vor dem Einsetzten der Verbrennung bestimmt wird,
zum Zeitpunkt des Schließens des
Einlassventils und/oder beim Ende der Kompression. Hierdurch wird
eine exakte vereinfachte Ermittlung der NOx-Emissionen erzielt,
so dass der messtechnische Aufwand ebenfalls reduziert wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wird die mittlere Gastemperatur in einem
definierten Kurbelwinkelbereich bestimmt. Vorzugsweise wird ein
Kurbelwinkelbereich gewählt,
in dem die mittlere Gastemperatur im Zylinder nahezu linear verläuft. Hierdurch
wird eine exakte Ermittlung der NOx-Emissionen erzielt, da eine Auswertung
in einem schmalen Kurbelwinkelbereich zuverlässig und weniger aufwendig
ist. Somit kann der messtechnische Aufwand reduziert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus der ermittelten
Stickoxid-Rohemission eine Menge eines Reduktionsmittels für das nachgeschaltete
Abgasnachbehandlungssystem bestimmt. Demnach wird die Abgasnachbehandlung
optimiert und beispielsweise eine Dosiermenge eines SCR-Katalysators
variiert.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die zugemessene Kraftstoffmenge
in den Brennraum derart einge spritzt, dass ein vorgegebener Gradient
der mittleren Gastemperatur im Brennraum und/oder eine vorgegebene
Lage des Maximalwertes der mittleren Gastemperatur im Brennraum
eingestellt wird. Somit lässt
sich die mittlere Gastemperatur derart verändern, dass erfindungsgemäß die Bildung
der NOx-Emissionen
auf einem minimalen Niveau stattfindet bzw. möglichst minimiert wird. Hierbei
wird ein vorgegebener Anstieg der Gastemperatur pro Zeiteinheit
bzw. eine vorgegebene Lage des Maximalwertes eingestellt. Demnach
kann ein vorgegebener maximaler Temperaturwert der mittleren Gastemperatur
nicht überschritten werden,
bei dem die Bildung der NOx-Emissionen ansteigt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die zugemessene Kraftstoffmenge
in den Brennraum derart eingespritzt wird, dass ein Schwerpunkt
der Verbrennung bei einer bestimmten Kurbelwinkelposition liegt.
Hierbei kann eine erhöhte NOx-Bildung
vermieden werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Abgasrückführmenge
zur Einstellung einer definierten Sauerstoffkonzentration im Brennraum
in Abhängigkeit
von einem Schwerpunkt der Verbrennung eingestellt. Hierbei wird
aus einer ermittelten NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine die
notwendige Abgasrückführrate errechnet
und die Abgasrückführung solange
geregelt, bis sich eine definierte Sauerstoffkonzentration im Brennraum
ergibt.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der
errechneten Stickoxid-Rohemission eine für eine Stickoxid-Reduktion benötigte Absenkung
der Sauerstoffkonzentration errechnet, so dass eine Vorrichtung
zur Abgasrückführung derart
eingestellt wird, dass nach Mischung von Verbrennungsluft mit rückgeführtem Abgas
eine definierte Sau erstoff-Konzentration einer Zylinderladung vor
oder im Brennraum erfolgt. Dadurch wird eine gezielte und schnelle
Regelung der Brennkraftmaschine beim jeweiligen Lastpunkt erzielt,
so dass eine reduzierte NOx-Rohemissionsbildung erzielt wird. Vorzugsweise
werden Sollwerte der Sauerstoffkonzentration in einem Kennfeld der
Brennkraftmaschine in der Motorsteuereinrichtung hinterlegt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mittels eines Sauerstoffsensors
eine Sauerstoff-Konzentration der Verbrennungsluft vor dem Eintritt
in den Brennraum gemessen, wobei in Abhängigkeit von der gemessenen
Konzentration mittels der Vorrichtung zur Abgasrückführung eine definierte Sauerstoff-Konzentration
der Verbrennungsluft vor oder im Brennraum eingestellt wird. Durch
die Verwendung des Sauerstoffsensors wird eine gezielte und schnelle
Regelung der Brennkraftmaschine zur Senkung der NOx-Rohemissionsbildung
beim jeweiligen Lastpunkt erzielt.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels
eines Sauerstoffsensors eine Sauerstoff-Konzentration der Abgase
nach Austritt der Abgase aus dem Brennraum gemessen, wobei aus diesem
Signal, einer Abgasrückführungsrate und
einer gemessenen Verbrennungsluftmenge eine Sauerstoff-Konzentration der
Verbrennungsluft vor dem Eintritt in den Brennraum errechnet wird,
und in Abhängigkeit
von der errechneten Konzentration mittels der Vorrichtung zur Abgasrückführung eine
definierte Sauerstoff-Konzentration der Verbrennungsluft vor oder
im Brennraum eingestellt wird. Dadurch wird durch die Verwendung
des Sauerstoffsensors im Abgaskrümmer
eine gezielte und schnelle Regelung der Brennkraftmaschine zur Senkung
der NOx-Rohemissionsbildung beim jeweiligen Lastpunkt unter Berücksichtigung
der letzten Verbrennung erzielt.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung.
Konkrete Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind anhand der Zeichnungen vereinfacht dargestellt
und in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch
einen Zylinder einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit
Selbstzündung,
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2 eine schematische Darstellung
einer mittleren Gastemperatur einer Brennkraftmaschine nach 1 in Abhängigkeit von einem Kurbelwinkel,
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3 ein schematisches Diagramm
eines Gradienten der mittleren Gastemperatur der Brennkraftmaschine
nach 1 in Abhängigkeit
von einer NOx-Emission,
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4 eine schematische Darstellung
der mittleren Gastemperatur beim Schließen eines Einlassventils der
Brennkraftmaschine nach 1 in Abhängigkeit
von der NOx-Emissionsbildung,
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5 eine schematische Darstellung
der mittleren Gastemperatur am Ende eines Kompressionstakts der
Brennkraftmaschine nach 1 in
Abhängigkeit
von der NOx-Emissionsbildung,
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6 eine schematische Darstellung
der Maxima einer mittleren Gastemperatur im Brennraum in Abhängigkeit
von einer momentanen NOx-Rohemission einer Brennkraftmaschine gemäß 1,
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7 eine schematische Darstellung
des Verlaufs einer NOx-Reduktionsrate in Abhängigkeit von einer Abgasrückführungsrate,
und
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8 eine schematische Darstellung
des Verlaufs einer NOx-Reduktionsrate in Abhängigkeit von einer Sauerstoffkonzentration
der Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine gemäß 1.
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In 1 ist ein Zylinderblock 1 einer
selbstzündenden
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung im Querschnitt dargestellt.
In einem Zylinder 2 ist ein Kolben 12 verschiebbar
geführt,
mit dessen Oberseite und einem Zylinderkopf 13 ein Brennraum 11 begrenzt
ist. Ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 17 sind
im Zylinderkopf 13 angeordnet, wobei durch das Einlassventil 14 dem
Brennraum 11 die notwendige Verbrennungsluft über ein
Saugrohr 15 zugeführt
wird. Vorzugsweise wird die jeweilige Luftmasse durch einen Luftmassenmesser 16 erfasst, der über eine
Leitung 22 mit einer Motorsteuereinrichtung 6 verbunden
ist.
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Durch
das Auslassventil 17 gelangen Verbrennungsgase in eine
Abgasleitung 18, die zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Abgasnachbehandlungseinrichtung führt. Diese weist insbesondere
zur effektiven Senkung der NOx-Emissionen einen SCR-Katalysator
auf. Weiterhin dient eine aus der Abgasleitung 18 abgezweigte
Abgasrückführleitung 19 dazu,
Verbrennungsgase in das Saugrohr 15 zurückzuführen. In dieser Abgasrückführleitung 19 befindet
sich ein Durchflussmesser 20 zur Erfassung des rückgeführten Abgasdurchflusses
und zur Einstellung der rückgeführten Abgasmenge.
Die erfasste Menge des rückgeführten Abgases
wird über
eine Leitung 21 an die Motorsteuereinrichtung 6 übertragen.
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Des
Weiteren ist im Zylinderkopf 13 ein Drucksensor 3 im Brennraum 11 angeordnet,
mit dem ein im Brennraum vorliegender Druck über eine Verbindungsleitung 4 an
die Motorsteuereinrichtung 6 übertragen wird. Ein Kraftstoffeinspritzventil 25 ist weiterhin
im Zylinderkopf 13 angeordnet, welches über eine Einspritzleitung 26 mit
einer Einspritzpumpe 23 verbunden ist. Zwischen der Einspritzpumpe 23 und
dem Kraftstoffeinspritzventil 25 ist eine Messvorrichtung 24 zur
Kraftstoffmengenerfassung vorgesehen. Diese Kraftstoffmesseinrichtung 24 ist über eine
elektrische Leitung 27 mit der Motorsteuereinrichtung 6 verbunden.
Die Einspritzpumpe 23 ist ebenfalls mit der Motorsteuereinrichtung
durch eine Steuerleitung 28 verbunden.
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Vorzugsweise
wird eine Sauerstoffkonzentration der in den Brennraum 11 zugeführten Verbrennungsluft
mittels eines Sauerstoffsensors 29 erfasst, der vorzugsweise
im Saugrohr vor dem Einlassventil 14 angeordnet ist und über eine
Leitung 30 mit der Motorsteuereinrichtung 6 verbunden
ist. Alternativ wird ein Sauerstoffsensor 29a in der Abgasleitung 18 oder
in der Abgasrückführleitung 19 angeordnet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zielt darauf ab, die Bildung der NOx-Emissionen beim Betrieb der
Brennkraftmaschine zu minimieren bzw. die Abgasnachbehandlung zu
optimieren. Erfindungsgemäß wird mittels
des Kraftstoffeinspritzventils 25 eine lastabhängige Kraftstoffmenge
in den Brennraum 11 eingebracht. Während der Verbrennung wird
ein Verlauf der mittleren Gastemperatur im Brennraum ermittelt,
aus dem ein Gradient dT/dphi der Gastemperatur in einem definierten
Kurbelwinkel-Fenster gemäß 3 gebildet wird. Dieser
steht im Sinne der Erfindung in direktem Zusammenhang mit der Stickoxid-Emissionsbildung
der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise wird dabei ein relativ schmaler
Kurbelwinkel-Bereich ausge wertet, in dem die mittlere Gastemperatur
im Zylinder nahezu linear verläuft.
Ein solcher Bereich kann gemäß 2 z.B. zwischen 0°KW und 30°KW nach dem
oberen Totpunkt gewählt
werden. Je nach Steigung dieser Geraden in [°K]/[°KW] wird eine augenblickliche
Stickoxid-Emission der Brennkraftmaschine ermittelt. Die mittlere
Gastemperatur wird üblicherweise
aus dem Druckverlauf der Verbrennung bestimmt.
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3 veranschaulicht diesen
Sachverhalt am Beispiel einer Veränderung des Einspritzbeginnes
des Kraftstoffs in Richtung früh,
d.h. der Kraftstoff wird früher
in den Brennraum eingespritzt, so dass mit einem höher erzielten
Temperaturgradienten eine Erhöhung
der NOx-Emission bewirkt wird. Wird die Kraftstoffeinspritzung derart
bewerkstelligt, dass der erzielte Temperaturgradient kleiner wird,
dann wird eine Abnahme der NOx-Emission gemäß 2 erwartet. Somit kann entweder aus einem
Wert und/oder aus dem Verlauf des Gradienten der mittleren Gastemperatur
oder aus einem Maximalwert der mittleren Gastemperatur im Brennraum 11 die
Stickoxid-Rohemission
der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Alternativ kann gemäß 4 und 2 eine mittlere Gastemperatur TES zur Bestimmung der NOx-Emission herangezogen
werden, welche zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils ermittelt wird.
Weiterhin kann zusätzlich
eine mittlere Gastemperatur TKE, welche
beim Ende der Kompressionsphase der Brennkraftmaschine ermittelt
wird, ebenso zur Bestimmung der NOx-Emission gemäß 5 berücksichtigt
werden. Erfindungsgemäß ergaben
sich dabei sehr gute Korrelationen zur motorischen Stickoxid-Emission. Somit können beide
Signale zur zusätzlichen
Bestimmung der NOx-Emission bzw. als eine Plausibilitätskontrolle
verwendet werden.
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Optional
oder alternativ wird eine Auswertung der Maxima der mittleren Gastemperatur
im Brennraum zur Bestimmung der NOx- Emission verwendet, welche ebenfalls
eine ausgezeichnete Korrelation zur momentanen Stickoxid-Emission
der Brennkraftmaschine feststellen lässt. Gemäß 6 bewirkt z.B. durch eine Frühverstellung
der Verbrennung über
den Einspritzbeginn eine Zunahme der NOx-Emission.
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In
der Regel kann eine relative NOx-Reduktion durch eine Abgasrückführung bewerkstelligt
werden. Demnach steht die relative NOx-Reduktion in direktem Zusammenhang
mit der Sauerstoff-Konzentration der Zylinderladung. Je nach Lastpunkt
der Brennkraftmaschine ergeben sich gemäß 7 beim heutigen Stand der Technik aus
den gleichen Abgasrückführraten
unterschiedliche prozentuale Stickoxid-Absenkungen. Im Gegensatz
hierzu wird erfindungsgemäß die Sauerstoffkonzentration
der Zylinderladung als eine Mess- bzw. Regelgröße verwendet. Demnach wird
dann eine definierte Sauerstoff-Konzentration der Verbrennungsluft
im Brennraum 11 eingestellt. Diese wird gemäß 8 gemessen bzw. als eine
Stell- und Messgröße benutzt.
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Das
vorliegende Verfahren eignet sich insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen,
bei denen eine Vorrichtung zur Rückführung von
Abgas und/oder eine Dosiervorrichtung für Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung
in einem nachgeschalteten Katalysator vorgesehen sind. Die NOx-Rohemission
des Dieselmotors wird aus dem Verlauf des Gradienten der mittleren
Gastemperatur in einem definierten Kurbelwinkelfenstern errechnet,
wobei dann daraus die Menge des Reduktionsmittels für das nachgeschaltete
Abgasnachbehandlungssystem bestimmt wird. Dabei kann zusätzlich die
NOx-Rohemission aus dem Maximalwert der mittleren Gastemperatur
im Zylinder auf Plausibilität überprüft werden. Aus
der errechneten NOx-Rohemission wird dann eine notwendige NOx-Reduktionsrate
errechnet, mit der eine Abgasrückführung eingestellt
wird. Demnach wird nach Vermischung der Verbrennungsluft mit dem
rückgeführten Abgas
eine definierte Sauerstoff-Konzentration vor oder auch im Brennraum 11 eingestellt.
Der Sollwert der Sauerstoff-Konzentration
kann vorzugsweise als Konstantwert in den Motorkennfeld-Daten hinterlegt
werden.
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Da
weiterhin die Lage des Schwerpunkts der Verbrennung den Verlauf
der mittleren Gastemperatur während
der Verbrennung beeinflusst, kann die Kraftstoffeinspitzung derart
vorgenommen werden, dass eine Verbrennung bei einer bestimmten Lage des
Schwerpunkts stattfindet. Bei dieser bestimmten und in Motorsteuereinsrichtung 6 abgelegten Schwerpunktslage
der Verbrennung (Soll-Schwerpunkt) liegt ein verbrauchsoptimierter
Betrieb der Brennkraftmaschine vor, bei dem ebenfalls eine niedrige
NOx-Emissionsbildung stattfindet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung steht ebenfalls der Wirkungsgrad der selbstzündenden Brennkraftmaschine
in direktem Zusammenhang mit der Lage des Verbrennungsschwerpunkts.
Daher werden die Motorparameter, insbesondere die Kraftstoffeinspritzparameter
wie Einspritzzeitpunkt, Einspritzdauer sowie Einspritztaktung derart
eingestellt, dass bei der jeweiligen Verbrennung bzw. bei jeder Verbrennung
die optimale Lage des Schwerpunkts vorliegt. Die optimale Lage der
Verbrennung bzw. der Soll-Schwerpunkt der Verbrennung kann für die jeweilige
Brennkraftmaschine z.B. am Prüfstand
ermittelt werden. Dieser Soll-Wert wird dann für die jeweilige Brennkraftmaschine
in der Motorsteuereinrichtung 6 abgelegt.
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Die
Einstellung der Schwerpunktslage bzw. die Anpassung des aktuellen
Werts an den Soll-Wert kann mittels einer Variation des Beginns
der Selbstzündung
und/oder mittels der Variation der Kraftstoffeinspritzung erzielt
werden. Dadurch wird eine gezielte und schnelle Regelung der Brennkraftmaschine
beim jeweiligen Lastpunkt durchgeführt, so dass die Brennkraftmaschine
mit einem hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Senkung der NOx-Emission betrieben
wird.
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Mit
Hilfe des im Brennraum 11 vorgesehenen Drucksensors 3 wird
vorzugsweise ein Druckverlauf im Brennraum 11 während eines
Arbeitsspiels erfasst und an die Motorsteuereinrichtung 6 weitergeleitet. Aus
dem erfassten Druckverlauf kann die aktuelle Schwerpunktslage der
Verbrennung bestimmt werden. Die Lage des Schwerpunkts ändert sich
bezüglich
des Kurbelwinkels bei Änderung
des Verbrennungsverlaufes. Mit Hilfe des erfassten Druckverlaufes
und der zugemessenen Kraftstoffmenge pro Arbeitspiel wird ein Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Motorsteuereinrichtung 6 bestimmt,
der in einem direkten Zusammenhang mit der Lage des Schwerpunkts
der Verbrennung steht. Hierbei kann der Schwerpunkt der Verbrennung
aus der Indizierung des Zylinderdruckes in Kombination mit einer
Messung der Kolbenposition im Brennraum über den ersten Hauptsatz der
Thermodynamik berechnet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird
dann mit Hilfe der ermittelten Daten die NOx-Rohemission der selbstzündenden
Brennkraftmaschine bestimmt, so dass die Betriebsweise bzw. Einstellung der
in 1 nicht dargestellten
Abgasnachbehandlungseinrichtung optimiert wird. Somit wird eine
Bestimmung der NOx-Rohemission
der Brennkraftmaschine beispielsweise zur Optimierung einer nachgeschalteten
Abgasnachbehandlungseinrichtung präzise vorgenommen und auf einem
schnellen Wege durchgeführt.
Bei entsprechender Regelung der Verbrennung kann demgemäss die Bildung
der NOx-Emissionen während
der Verbrennung minimiert werden.
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Die
ermittelte NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine wird für eine angestrebte
notwendige NOx-Reduktion herangezogen und daraus gemäß 8 die erforderlich Sauerstoffkonzentra tion
der Ladungsmasse bzw. der Verbrennungsluft bestimmt. Die Abgasrückführmenge
wird demnach derart geregelt, dass sich eine definierte Sauerstoffkonzentration
im Einlasskanal 15 oder im Brennraum 11 einstellt.
Dabei wird ein Sollwert einer Sauerstoffkonzentration vorzugsweise
in der Motorsteuereinrichtung 6 als ein Konstantwert bzw.
in Kennfeldern hinterlegt. Somit wird eine im Brennraum gebildete
NOx-Emission reduziert und die dafür vorgesehene Abgasnachbehandlung
optimiert, so dass in einem nachgeschalteten SCR-Katalysator z.B.
die Zudosierung einer NH3 Menge mit Hilfe der vorliegenden Erfindung
optimal vorgenommen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird mittels
des Sauerstoffsensors 29 eine Sauerstoff-Konzentration
der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in den Brennraum gemessen.
In Abhängigkeit
von der gemessenen Konzentration wird die Vorrichtung zur Abgasrückführung 20 dann
derart geregelt, dass eine bestimmte Abgasmenge in das Saugrohr 15 gelangt.
Hierdurch wird eine definierte Sauerstoff-Konzentration in der Verbrennungsluft
vor oder im Brennraum eingestellt. Bei einer Anordnung des Sauerstoffsensors
in der Abgasleitung 18 kann alternativ mittels des Sauerstoffsensors 29a eine
Sauerstoff-Konzentration der Abgase nach Austritt der Abgase aus
dem Brennraum gemessen werden. Aus diesem Signal, einer Abgasrückführungsrate
und einer gemessenen Verbrennungsluftmenge wird dann die Sauerstoff-Konzentration der
Verbrennungsluft vor dem. Eintritt in den Brennraum errechnet. In
Abhängigkeit
von der errechneten Konzentration wird die Vorrichtung zur Abgasrückführung 20 dann
derart geregelt, dass eine bestimmte Abgasmenge in das Saugrohr 15 gelangt, so
dass eine definierte Sauerstoff-Konzentration
in der Verbrennungsluft vor oder im Brennraum eingestellt wird.