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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz von motorischen Maßnahmen
zur Unterstützung oder
Erzeugung von Regenerationsbedingungen am Dieselpartikelfilter,
insbesondere die Regeneration am vorzugsweise katalytisch beschichteten
Dieselpartikelfilter mittels Lambda-Variation.
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In
der heutigen Welt der Verbrennungskraftmaschinen dominieren zwei
Motorvarianten, der Ottomotor und der Dieselmotor. Die fortschreitende Entwicklung
beider Verbrennungskonzepte konzentriert sich auf die Reduzierung
von Emissionen, wobei die gesetzlichen Auflagen zum Schutz der Umwelt und
des Menschen mehr und mehr verschärft werden.
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Im
Vergleich der dieselmotorischen zur ottomotorischen Verbrennung
fällt neben
den geringen Emissionen von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und
Stickoxiden vor allem der stark erhöhte und für den Dieselmotor typische
Partikelausstoß auf.
Diese Emissionen sind von besonderer Bedeutung, so dass die Entstehung,
Vermeidung und Entsorgung der Partikelemissionen beherrschbar wird.
Die Entstehung und Vermeidung von Partikeln am konventionellen Dieselmotor
zu beeinflussen, gestaltet sich heute noch sehr schwierig, so dass
man sich besonders auf die Entsorgung konzentriert. Dieser Trend wird
durch die Gesetzgebung maßgeblich
unterstützt und
gefordert.
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Eine
Möglichkeit
die Partikel weitestgehend aus dem Abgas des Dieselmotors zu sammeln,
besteht in der Verwendung von so genannten Dieselpartikelfiltern.
Diese werden im Abgasstrang platziert, um hier eine möglichst
hohe Filtrierrate der im Abgas befindlichen Partikeln zu erzielen.
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Mit
diesem sehr effektiven und wirkungsvollen Filtriervorgang ergibt
sich jedoch ein Folgeproblem. Dabei handelt es sich um die zunehmende
Filterbeladung mit der Partikelmasse. Dies führt dazu, dass das Durchströmen des
Abgases durch den Filter erschwert wird, und ein Druckanstieg wird
vor dem Filter hervorgerufen, der gleichbedeutend als erhöhte Ausschiebearbeit
des Motors anzusehen ist. Diese erhöhte Ausschiebearbeit spiegelt
sich als verringerte Leistung bzw. als erhöhter Kraftstoffverbrauch des
Motors wieder. Um einen unnötig
hohen Druckanstieg vor dem Filter zu verhindern, muss der Filter
zeitweise freigebrannt werden. Dies geschieht durch verschiedene
Regenerationsmaßnahmen
bzw. -strategien.
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Bei
der Technologie der Dieselpartikelfilter, im folgenden als DPF bezeichnet,
setzt sich aller Voraussicht nach die Struktur des Wabenfilters
durch, der als keramisch-monolithischer Zellenfilter bezeichnet
wird. Dabei handelt es sich um einen Filter mit abwechslend offenen
und geschlossenen Kanälen.
Mit diesem Aufbau wird das Abgas gezwungen, durch die porösen Kanalwände zu strömen, wobei sich
die Partikelmasse an den Wänden
abscheiden kann. Ein solcher Filter wird daher auch als Wandflußfilter
bezeichnet.
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Neben
diesen Wabenfiltern existieren auch solche Filter, die zum Beispiel
einen gewickelten Aufbau aufweisen können. Hier durchströmt das Abgas das
Filter ohne direktes Hindernis. Der Aufbau ähnelt dem eines Katalysators,
d. h. ohne verschlossene Kanäle.
Der Abscheidegrad für
die Partikelmasse liegt hier jedoch in einem inakzeptabel niedrigen
Bereich im Vergleich zum Wabenfilter, der eine Filtrierwirkung von
mehr als 99% erreichen kann.
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Außerdem existieren
Metall-Sinterfilter, Faserwickelfilter, Faserstrickfilter, Faser-Flechtfilter
und Filterpapiere sowie Filterfilze. Unter Berücksichtigung aller Parameter,
wie Produktionsaufwand und -kosten, physikalische Eigenschaften,
Filtrierwirkung, Haltbarkeit etc. weist der Wabenfilter Vorteile
gegenüber
allen anderen Filterentwicklungen auf.
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Die
Regeneration am DPF ist (ohne zusätzliche Maßnahmen) eine chemische Reaktion,
die als reine Sauerstoffregeneration betrachtet werden kann (Oxidation
von Ruß).
Diese beginnt bei Temperaturen um 360°C, jedoch erst ab 550°C werden
Reaktionsgeschwindigkeiten und Oxidationsraten erreicht, die im
technisch interessanten Bereich liegen. D. h., dass erst bei diesen
Temperaturen ausreichend schnelle Regenerationsgeschwindigkeiten
erzielt werden können,
die eine wirtschaftlich akzeptable Lösung im Hinblick auf den Einsatz
des DPF im Fahrzeug darstellen.
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Folgende
Regenerationsstrategien sind für den
Einsatz mit Dieselpartikelfiltern bekannt:
- • Dieselpartikelfilter
mit Additivunterstützung
- • CRT-Systeme
- • katalytisch
beschichtete Dieselpartikelfilter
- • elektrisch
unterstützte
Dieselpartikelfilter
- • Dieselpartikelfilter
mit Brenneranlagen, und
- • druckluftgespülte Dieselpartikelfilter
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Beispielsweise
werden bei katalytisch beschichteten Dieselpartikelfiltern Metalle
in die Oberfläche
des Filters eingebracht. Diese Metalle dienen als Katalysator, die
die Russzündtemperatur
unter 400°C
senken. Unter Verwendung von verschiedenen Edelmetallen gelingt
es, diese Initialtemperatur noch weiter zu senken, in Bereiche unter
350°C. Zusätzlich kann
beispielsweise ein Oxidationskatalysator dem DPF vorgeschaltet werden,
um aus dem im Abgas enthaltenen NO durch Oxidation mit dem Restsauerstoff
NO2 zu bilden und damit die Regeneration
zu unterstützen.
Unter Vorrausetzung, dass die Abgastemperaturen lange genug die
Initialtemperatur überschreiten,
werden katalytisch beschichtete DPF ausreichend gut regeneriert.
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Im
Rahmen von intensiven Versuchsreihen mit katalytisch beschichteten
Dieselpartikelfiltern auf Motorenprüfständen werden dynamische Testzyklen entwickelt,
die einen realen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs simulieren. Die
Drehzahl- und Lastspektren des Motors orientieren sich dabei an
standardisierten Abgastests. Diese Testzyklen beinhalten beide Betriebsarten,
innerstädtischen
sowie außerstädtischen
Betrieb. Die dabei auftretenden Drehzahl- und Lastspektren unterscheiden
sich in der Form, dass im innerstädtischen Betrieb die prozentuale Auslastung
des Motors sehr niedrig ist (siehe 1). Im Vergleich
dazu wird der Motor beim außerstädtischen
Betrieb relativ hoch beansprucht. In direkter Relation zu dieser
prozentualen Auslastung des Motors steht seine Abgastemperatur.
Dementsprechend werden bei hoher Auslastung im außerstädtischen Betrieb
hohe Temperaturen erreicht, während
im innerstädtischen
Betrieb relativ niedrige Abgastemperaturen erreicht werden (siehe 2).
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Der
Grund der Simulation des realen Fahrbetriebs auf dem Motorenprüfstand besteht
darin, dass das Druckverlustverhalten eines DPF für den späteren Einsatz
im Fahrzeug prognostiziert werden kann.
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Die
Abgastemperaturen des Motors stehen im direkten Zusammenhang mit
seiner prozentualen Belastung (siehe 1 und 2).
Für den
innerstädtischen
Betrieb bedeutet das, wie bereits beschrieben, sehr niedrige Temperaturen
und sehr hohe für
den außerstädtischen
Betrieb. In 3 ist der Temperaturverlauf
für den
innerstädtischen
Betrieb aufgetragen. Dieser Verlauf kann an beliebiger Position
im Abgasstrang aufgezeichnet werden und wird daher als Temperaturspektrum
im Abgasstrang betrachtet. 4 zeigt
den gleichen Sachverhalt für den
außerstädtischen
Betrieb.
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Im
Rahmen der Versuchsreihen werden beim außerstädtischen Betrieb verschiedene
Drehmoment-Level gefahren. Somit erhält man verschiedene Temperaturverläufe. Damit
können
für unterschiedliche
Filter die Temperaturniveaus ermittelt werden, bei denen eine technisch
verwertbare Regeneration abläuft.
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Die
Kernaussage der Ergebnisse aus den dynamischen Testzyklen gliedert
sich in zwei Teile. Zum einen kann man die Aussage treffen, dass
im außerstädtischen
Betrieb die Temperaturspektren ausreichen können, um eine Regeneration
am Filter zu erzwingen. Dies gelingt in einem zeitlich akzeptablen
Bereich. Die zweite Aussage besteht darin, dass der innerstädtische
Verkehr aufgrund seines niedrigen Temperaturspektrums keine Regenerationsbedingungen
im technisch verwertbaren Maße
erzeugt.
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Diese
Aussagen kann man anhand der 5 und 6 nachvollziehen.
Hier ist der oben beschriebene Druckverlust aufgezeichnet. Im andauernden
innerstädtischen
Betrieb erhöht
sich dieser Druckverlust mit zunehmender Testdauer aufgrund der
zunehmenden Beladung (5).
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Im
außerstädtischen
Betrieb können
die Regenerationsbedingungen so gut erzeugt werden, dass schon nach
kurzer Zeit ein Abnehmen des Druckverlusts möglich ist. 6 zeigt
beispielsweise einen dynamischen Test, der eine Kombination beider
Betriebsarten beinhaltet. Während
des außerstädtischen
Betriebs, der im Vergleich zum innerstädtischen Betrieb sehr kurz
ist, wird eine schnelle Abnahme des Druckverlusts erzeugt, so dass über die gesamte
Testdauer ein fallender Druckverlust erreicht werden kann.
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Zusammengefasst
lässt sich
sagen, dass man im außerstädtischen
Betrieb eine zufriedenstellende Regeneration am Filter erzeugen
kann, im innerstädtischen
Betrieb jedoch nicht.
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GB 2 229 937 A offenbart
ein Verfahren für die
Regeneration eines Dieselpartiklefilters bei Vollastbetrieb eines
Verbrennungsmotors.
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Damit
die Technologie des Dieselpartikelfilters für alle Fahrzeuganwendungen
interessant wird, muss die Fähigkeit
zur Regeneration bei jeder Betriebsart des jeweiligen Fahrzeugs
gegeben sein. Mit der Entwicklung und Anwendung des innerstädtischen
Testzyklus, der zum Beispiel den Fahrbetrieb für Busse, Müllfahrzeuge oder Taxis darstellen
kann, ist bereits gezeigt worden, dass diese „Bedingung" ohne weitere Zusatzmaßnahmen
nicht erfüllt
werden kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen,
das die Regeneration des Filters zu jedem beliebigen Zeitpunkt unabhängig vom
Belastungsprofil (Betriebsart) des Fahrzeugs erlaubt. Diese Art
der Regeneration wird im folgenden auch als Bedarfsregeneration
bezeichnet.
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Die
Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.
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Beim
klassischen Dieselmotor liegt eine qualitätsgeregelte Verbrennung vor.
Dabei wird die Qualität
des zugeführten
Gemischs aus Luft und Kraftstoff geregelt. Dieses Prinzip erfolgt
mit einer Regelung der Kraftstoffmasse; je nach Betriebspunkt des Motors
(steigende Last/Drehmoment erreicht man durch Steigerung der Kraftstoffmasse).
Die zugeführte
Luft bleibt über
die gesamte Zeit unbeeinflusst. Daher ergeben sich verschiedene
Verhältnisse
aus Luft und Kraftstoff, welche über
die dimensionslose Größe Lambda
ausgedrückt
werden:
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Die
Luftmasse ist beim klassischen Dieselmotor bei einer festen Drehzahl
konstant. Somit kann Lambda nur von der zugeführten Kraftstoffmasse beeinflusst
werden. Die dieselmotorische Verbrennung wird mit Luftüberschuss
betrieben, d. h., dass mehr Luft vorhanden ist, als für die Verbrennung
nötig wäre. Daher
wird Lambda nicht kleiner als 1. Außerdem stößt die dieselmotorische Verbrennung
beim Unterschreiten von Lambda 1 an seine Funktions- bzw. Laufgrenze.
Betrachtet man sich Kennfelder von Dieselmotoren, so finden sich
die kleinsten Lambda-Werte im Vollastbereich, da hier die höchsten Kraftstoffmassen
zugeführt
werden.
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Bei
Dieselmotoren mit Aufladesystemen für die zugeführte Luft variiert die Luftmasse
bei konstanter Drehzahl. Mit zunehmender Last/Drehmoment wird dem
Motor mehr Luft zugeführt.
Man spricht hier von einer Aufladung. Jedoch kann zu dieser Aufladung
auch mehr Kraftstoff zugeführt
werden, so dass auch beim aufgeladenen Dieselmotor ein variierendes
Lambda im Kennfeld vorliegt.
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Im
Vollastbereich eines Dieselmotors findet man daher immer die kleinsten
Lambda-Werte. Hier liegen also die kleinsten Verhältnisse
von Luft zu Kraftstoff vor. Daraus resultieren die höchsten Abgastemperaturen.
Die prozentuale Teilnahme der Luft an der Verbrennung ist hier am
höchsten.
Mit steigendem Lambda fällt
diese Teilnahme/Ausnutzung ab, so dass die Abgastemperatur wieder
fällt.
Der Zusammenhang von Lambda und Abgastemperatur ist in den Kennfeldern
(7 und 8) dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung basiert im Hinblick auf die erforderliche
Regeneration des Dieselpartikelfilters und der bestehenden Problematik,
die Bedingungen für
eine ausreichende Regeneration nur im Vollastbereich vorzufinden,
auf folgender Grundidee.
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Der
Dieselmotor wird während
der Bedarfsregeneration nicht als qualitätsgeregelter Motor betrieben,
sondern als quantitätsgeregelter
Motor, ähnlich
dem ottomotorischen Prinzip. Die Erfüllung der Leistungsanforderung
am Motor erfolgt nicht durch die alleinige Zugabe von Kraftstoff,
sondern die Masse des Verbrennungsgemischs wird geregelt. Dies muss
beim Dieselmotor ohne Aufladung über
eine Drosselklappe für
die zugeführte/angesaugte
Luft geschehen. Das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff wird wie beim Ottomotor konstant und niedrig
gehalten. Dabei drosselt die Drosselklappe bei Teillast des Motors
die Luftmasse. Es liegt also keine Qualitätsregelung über Kraftstoffmasse vor, sondern
eine Quantitätsregelung
des Gemischs. Damit lässt
sich der Motor mit einem gewünschten
Lambda (bzw. Lambda-Zahl)
fahren. Über
verschiedene Drosselzustände für einen
Betriebspunkt des Motors lassen sich somit auch verschiedene Gemischzustände einstellen. Man
kann von einer Lambda-Variation
sprechen.
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Zusätzlich zu
dieser Drosselklappe wird bei aufgeladenen Dieselmotoren ein System
zur Variation des Ladedrucks benötigt. Über den
Eingriff auf den Ladedruck wird direkt die Luftmasse variiert. Im jeweiligen
Betriebspunkt des Motors wird der Ladedruck so eingestellt, dass
die erforderliche Luftmasse für
den gewünschten
Lambda-Wert dem Motor zugeführt
wird. Die Kombination von Drosselklappe und Variationssystem für den Ladedruck
stellt die Gesamtlösung
für den
aufgeladenen Dieselmotor dar, die es erlaubt im gesamten Kennfeld
mit einen konstanten Lambda, bzw. mit einem Wunsch-Lambda für den jeweiligen
Betriebspunkt des Motors zu fahren. Es können auch Konstruktionen eingesetzt
werden, die beide Funktionen zusammen erfüllen, wie zum Beispiel eine
Stellklappe nach dem Aufladeaggregat, das den Luftkanal zum Motor
verschließt
bzw. drosselt und gleichzeitig einen Kanal zur Umgebung öffnet. Die
Idee bzw. das Funktionsprinzip kann auch mit weiteren Systemen realisiert
werden. Es kann zum Beispiel auch die gesamte Luftmasse vor dem Aufladeaggregat
gedrosselt werden, so dass der resultierende Ladedruck über die
in das Aufladeaggregat eingehende Luftmasse variiert wird.
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Mit
dem Eingriff auf die Luftmasse mittels Ladedruckvariation und/oder
Drosselung erhält
man außerdem
einen „variablen
Motor". Die Variabilität bezieht
sich auf sein Leistungsvermögen.
Der unbeeinflusste Motor erreicht in der Vollast seine maximale
Temperatur bei kleinstem Lambda. Dieses Lambda ist für die Bedarfsregeneration
das Ziel für
den gesamten Lastbereich. Der Ladedruck wird nun so variiert (minimiert),
dass bei Teillast das Ziel-Lambda gefahren wird. Dies bedeutet gleichzeitig
die aktuelle Vollast des Motors, da mit der jetzt weniger zugeführten Luftmasse
und dem somit minimal gefahrenen Ziel-Lambda nicht mehr Last erzeugt
werden kann. Im Betrieb mit Bedarfsregeneration bewegt man den Motor
immer an seiner aktuell möglichen
Vollast. Dadurch erhält
man auch zwangsläufig
die höchst
mögliche
Abgastemperatur, da, wie bereits bekannt, beim niedrigsten Lambda
der geringste Luftüberschuss vorliegt
und die zugeführte
Luftmasse am besten an der Verbrennung teilnimmt (höchste prozentuale Ausnutzung
der Luft im Brennraum).
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
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1 die
prozentuale Aufteilung beim innerstädtischen Motorbetrieb;
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2 die
prozentuale Aufteilung beim außerstädtischen
Motorbetrieb;
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3 den
Temperaturverlauf beim innerstädtischen
Motorbetrieb;
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4 den
Temperaturverlauf beim außerstädtischen
Motorbetrieb;
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5 den
Druckverlust beim andauernden innerstädtischen Motorbetrieb;
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6 den
Druckverlust beim kombinierten Betrieb;
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7 das
Lambda-Kennfeld eines aufgeladenen Dieselmotors;
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8 das
Abgastemperatur-Kennfeld eines aufgeladenen Dieselmotors;
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9 den
Variationsbereich für
Lambda bei konstanter Drehzahl;
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10 die
Abgastemperatur bei Normalbetrieb und bei Lambda-Variation; und
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11 den
Saugrohrdruck bzw. Lambda in Abhängigkeit
der Last bei konstanter Drehzahl für ideale und reale Bedarfsregeneration.
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In 9 ist
der Zusammenhang zwischen der Abgastemperatur, Lambda und der Motorlast
bei konstanter Drehzahl grafisch dargestellt. Der Normalbetrieb
des Motors ist ausgehend von der Vollast mit niedrigen Lambda bis
zur unteren Teillast mit hohem Lambda beschrieben. Dabei fällt die
Abgastemperatur stark ab. Der Betrieb bei der Bedarfsregeneration
wird mit konstantem, niedrigem Lambda gefahren. Die Abgastemperatur
fällt mit
kleiner werdender Last/Drehmoment nur leicht ab. Hintergrund ist
hier der niedrigere Energieeintrag durch die kleiner werdende Kraftstoffmasse
trotz des konstant gehaltenen Lambdas. Der Bereich zwischen diesen
beiden Linienverläufen
(die gesamte Fläche)
stellt die Variationsmöglichkeiten
zwischen beiden Betriebsarten dar (bei konstanter Drehzahl).
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Der
Einsatz der Bedarfsregeneration im Fahrzeug darf für den Fahrer
nicht spürbar
sein. Das ist eine allgemeine Bedingung für alle Strategien zur Regeneration
von Dieselpartikelfilter. D. h. also, dass zu keiner Zeit Verluste
im Leistungsvermögen
zu verzeichnen sein dürfen.
Fordert der Fahrer volles Drehmoment, so muss auch maximale Luftmasse
zugeführt
werden. Bei normalen Saugmotoren darf dann keine Androsselung aktiv
sein und bei aufgeladenen Motoren muss voller Ladedruck verfügbar sein.
Bei Zurücknahme
der Last durch den Fahrer müssen
die Ladedruckvariation bzw. die Drosselung aktiv werden. Zur Information
kann dem Fahrer durch entsprechende Signale im Cockpit der Regenerationsbetrieb mitgeteilt
werden.
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Am
Prüfstand
gelten ähnliche
Bedingungen. Für
einen dynamischen Testablauf mit wechselnden Lastanforderungen dürfen keine
Abweichungen gegenüber
dem Normalbetrieb zu messen sein. Am Prüfstand besteht gegenüber dem
Fahrzeug die Möglichkeit,
die Lambda-Variation über die
Prüfstandsoftware
zu applizieren. Im Fahrzeug müssen die
entsprechenden Aktuatoren im Abgleich mit dem Fahrerwunsch von der
Motorelektronik bedient werden. Der Fahrerwunsch entspricht dabei
der Information aus der Gaspedalstellung bei aktueller Drehzahl.
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In 10 werden
die Temperaturverläufe
einer getesteten Lambda-Variation mit dem Normalbetrieb verglichen.
Der oben vorgestellte dynamische Test, der einen innerstädtischen
Betrieb simuliert, wurde bei beiden Durchläufen abgefahren. Die dargestellten
Verläufe
zeigen den gleichen Charakter, da die Drehzahl- und Drehmomentverläufe identisch sind.
Zu sehen ist ein deutlicher Unterschied bei den Temperaturniveaus.
Der Verlauf mit Lambda-Variation
stellt für
den jeweils gefahren Betriebspunkt die höchst möglich erreichbare Temperatur
dar, weil in jedem Betriebspunkt das niedrig möglichste Lambda gefahren wird.
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Eine
ideale Bedarfsregeneration würde
im gesamten Kennfeld mit einem konstanten Lambda betrieben werden,
z. B., einen Lambda-Wert von ca. 1,8 und somit nach Möglichkeit
das niedrigste Lambda aus dem gesamten Kennfeld des Normalbetriebs (siehe 7).
Dies wird als ideales Lambda bezeichnet. Ausgehend von 7 wird
die erste Grenze/Abweichung von dem Betrieb mit idealem Lambda klar. Würde man
in den höheren
Drehzahlbereichen mit diesem idealen Lambda fahren, müsste die
Luftmasse reduziert werden. Damit würde sich aber das Leistungsvermögen des
Motors reduzieren, was nicht akzeptabel ist. Daher existiert für jede Drehzahl
ein eigenes niedrigstes Lambda, nämlich das gefahrene Lambda
an der Vollastkurve.
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Die
zweite Abweichung von diesem idealen Lambda findet sich in der unteren
Teillast, bis hin zur Nullast (auch Leerlauf). In diesen Kennfeldbereichen wird
der Motor gedrosselt betrieben. Der entstehende Saugdruck/Unterdruck
kann nicht beliebig abgesenkt werden. Würde man eine weitere Absenkung durchführen, um
das ideale niedrige Lambda weiter fahren zu wollen, würden sich
zu kleine Kompressionsenddrücke
einstellen. Die Folge wäre
das Ausbleiben der Selbstzündung
im Brennraum. Es findet keine Verbrennung mehr statt und der Motor
würde schließlich den
Betrieb einstellen (abdrosseln/abwürgen).
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Es
existiert also ein minimaler Saugrohrdruck, der die Laufgrenze des
Motors beschreibt. Dieser Druck ist abhängig von der Verdichtung des eingesetzten
Motors und wird daher hier nicht beziffert. Im Bereich der unteren
Teillast erreicht man diesen minimalen Saugrohrdruck. Dies ist im
Allgemeinen im Bereich von 4 und 5 bar der Fall. Beim weiteren Absenken
der Last bis hin zur Nullast ergibt sich zwangsläufig ein größer werdendes Lambda, also eine
Abweichung vom idealen Lambda der idealen Bedarfsregeneration. Dieser
Sachverhalt ist in 11 für das Beispiel eines aufgeladenen
Dieselmotors dargestellt. In dieser Figur wächst Lambda von 1,8, was dem
idealen Lambda entspricht, bis etwa mindestens 5,5 bei Nullast.
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Der
Einsatz von Dieselpartikelfiltern in Fahrzeugen wird in naher Zukunft
ein probates Mittel zur Abgasnachbehandlung darstellen. Mit ihm
gelingt es, die im Dieselabgas enthaltenen Partikel nahezu vollständig zu
filtrieren. Die Filtration der Partikelmasse ergibt allerdings ein
Folgeproblem, nämlich
das fortschreitende Zusetzen mit Partikelmasse am Filter. Man spricht
hier von zunehmender Beladung. Diese Beladung stellt einen Widerstand
im Abgasstrang dar, der sich über
erhöhten
Gegendruck bemerkbar macht. Der Gegendruck erschwert das Ausschieben des
Abgases aus dem Motor, was letztendlich zu einer Verbrauchserhöhung im
Fahrbetrieb beiträgt.
Um diese Erhöhung
so klein wie möglich
zu halten, muss der Dieselpartikelfilter zeitweise regeneriert werden. Die
Beladung wird dabei abgebrannt. Dieses Regenerieren gelingt nach
heutigem Stand der Technik mit verschiedenen Strategien. Problematisch
jedoch gestaltet sich die Gewährleistung
der Regeneration für jeden
Anwender, d. h. für
jede Betriebsart. Wird ein Fahrzeug dauerhaft nur in der unteren
Teillast betrieben, kann ohne weitere Zusatzmaßnahmen keine Regeneration
erfolgen, da hier die Abgastemperatur, die die maßgeblichen
Größe für die Regeneration darstellt,
dauerhaft zu niedrig ausfällt.
Es werden daher Lösungen
benötigt,
die temperatursteigernd wirken.
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Das
hier vorgestellte Prinzip der Regeneration mittels Lambda-Variation
ist eine auf den Motor eingreifende Maßnahme. Der im Normalbetrieb
als qualitätsgeregelt
arbeitende Dieselmotor wird während
der aktiv eingeleitenden Regenerationsphase ähnlich dem Ottomotor als quantitätsgeregelter
Motor betrieben. Das bedeutet unter anderem, dass der Motor mit
konstantem Lambda betrieben werden kann. Der daraus resultierende
Vorteil ist die stark erhöhte
Abgastemperatur im Teillastbereich, da hier nicht mehr der hohe
Luftüberschuss
aus dem Normalbetrieb vorliegt.
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Die
Umsetzung und der Einsatz dieser Lambda-Variation erlaubt auch Fahrzeugen
mit dauerhafter Anwendung im Teillastbetrieb, eine Regenerationsphase
am Dieselpartikelfilter durchzuführen. Damit
existiert eine Regenerationsstrategie, die ohne Zusatzaggregate
(zum Beispiel einem Brennersystem) auskommt. Im Hinblick auf Produktionsaufwand und
Herstellungskosten können
hier weitere Vorteile vorliegen.
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Unter
Anwendung des oben erläuterten
Prinzips der Lambda-Variation können
Regenerationsbedingungen am Dieselpartikelfilter auch in der unteren Teillast
des Motors erzeugt werden. Eine weitere Unterstützung dieser motorischen Maßnahme kann
die Umgehung des Ladeluftkühlers
sein, sofern er bei aufgeladenen Dieselmotoren vorhanden ist. Die
dem Motor zugeführte
Luftmasse wird dann nicht gekühlt, sondern
geht mit entsprechend höherer
Temperatur in den Motor. Die Abgastemperaturen werden somit höher ausfallen,
als bei alleinigem Einsatz einer Lambda-Variation. Des weiteren
kann eine Erwärmung
der zugeführten
Luftmasse erfolgen. Hier ergeben sich zusätzliche Steigerungen der Abgastemperatur.
Aus motorischer Sicht kann außerdem
eine Verstellung des Förderbeginns
und/oder eine Nacheinspritzung hinzugezogen werden. Der Einsatz
einer Abgasrückführung ist
letztlich auch denkbar.
