EP3146186A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der abgastemperatur einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung der abgastemperatur einer brennkraftmaschine

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EP3146186A1
EP3146186A1 EP15718963.0A EP15718963A EP3146186A1 EP 3146186 A1 EP3146186 A1 EP 3146186A1 EP 15718963 A EP15718963 A EP 15718963A EP 3146186 A1 EP3146186 A1 EP 3146186A1
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EP
European Patent Office
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temperature
post
injection
exhaust gas
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15718963.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Greiner
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3146186A1 publication Critical patent/EP3146186A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and / or regulating a
  • the invention further relates to a correspondingly configured engine control unit for controlling and / or regulating the internal combustion engine, wherein the engine control unit is adapted to carry out the method.
  • Exhaust gas purifying component passed.
  • the exhaust system comprises an SCR catalyst for selective catalytic reduction (SCR plant), a three-way catalyst or a NOx trap or combinations of these components.
  • SCR plant selective catalytic reduction
  • a diesel particulate filter is further provided. To perform regeneration of the diesel particulate filter, the diesel particulate filter is heated above its normal operating temperature to a soot burning temperature to oxidize or burn soot particles that have accumulated in the diesel particulate filter.
  • the method comprises post-injecting fuel into one or more cylinders of the engine at least in an exhaust stroke of a motor cycle, wherein the late post-injection takes place after about 40 ° CA before top dead center, so that part of the fuel or all fuel in a corresponding piston recess is injected.
  • the timing and amount of injection will be on
  • Valve control system adjusted so that an exhaust valve is temporarily closed before the late post-injection.
  • the variable valve timing system opens the exhaust valve before top dead center to deliver gases and fuel into an exhaust manifold and thus into the exhaust system and into the diesel particulate filter.
  • the Amount of injected fuel is based on an amount of heat that is requested to increase the temperature of the diesel particulate filter and / or on the difference between the actual temperature and the target temperature of the diesel particulate filter. Late post-injection may occur during three consecutive engine cycles. In another example, the late post-injection may occur every other engine cycle over a span of ten
  • Diesel particulate filter can be done at about 600 ° Celsius. At these temperatures, a nitrogen oxide conversion is no longer possible. During the further operation of the motor vehicle, the exhaust gas temperature can fall within a temperature range in which only a slight NOx conversion takes place, for example, by means of an SCR catalytic converter. Continuous heating would lead to unacceptably high heat input and high fuel consumption.
  • the invention is therefore based on the object, the above-mentioned method in such a way and further, so that an unacceptably high heat input, too high fuel consumption and low NOx conversion during the
  • This object of the invention is based on a method with the
  • Characteristics of claim 1 solved. It is advantageous that the exhaust gas stream is heated to a desired temperature which is smaller than a Rußabbrandtemperatur.
  • the setpoint temperature is in a temperature range below a Rußabbrandtemperatur, causing the
  • the Rußabbrandtemperaturen for corresponding soot particles are in a range of more than 500 ° C, in particular of more than 550 ° C.
  • the target temperature achieved by the method proposed here is in a range below 500 ° C. In particular, the target temperature is in a range below 300 ° C. This has the advantage that the injection quantity is reduced. This is also a reduction of Loss heat flow through the lower temperature difference to the environment allows. This results in a reduction of CO 2 emissions.
  • the catalytic converter can be configured in particular as an SCR catalytic converter (SCR: selective catalytic reduction), wherein a corresponding reduction of nitrogen oxides can be carried out using ammonia, for example in the form of a urea solution.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the internal combustion engine is designed in particular as a diesel engine.
  • the catalytic converter can be configured as a NOx storage catalytic converter.
  • an oxidation catalyst with an additional NOx storage coating may be used.
  • a particulate filter in particular a diesel particulate filter, with an SCR coating.
  • the setpoint temperature may be, for example, in a range between 200 ° C and 250 ° C Celsius.
  • the regulation of the heat input results in a CO 2 advantage
  • the light-off temperature is also referred to as the light-off temperature.
  • the heat input into the exhaust system is adjusted by post-injection and corresponding exothermic reaction that the Nacheinspritzmasse be varied per stroke and thus the heat input.
  • the minimum injection mass of corresponding injectors for example of solenoid valve injectors or of piezoinjectors, is limited per individual post-injection.
  • the minimum injection mass of corresponding injectors may, for example, be limited to approximately 0.5 to 0.8 mg per working stroke.
  • the smallest adjustable heat input per stroke is limited down.
  • Single or multiple consecutive post-injections in one or more cylinders are now suspended to vary the average post-injection amount per heating period. Alternatively or additionally, post-injection can not be carried out in all cylinders.
  • every nth post-injection is subjected to all cylinders or the post-injections on individual cylinders are suspended or every n-th post-injection on individual cylinders is suspended.
  • individual cylinders for example, can be continuous Post-injections are made and at the same time in other cylinders all or only a few post-injections are suspended.
  • the required mean Nacheinspritzmasse per time may be smaller than if over this period in all cylinders at each stroke an injection with the minimum possible injection quantity of the respective injector takes place.
  • the delivered in a heating period Nacheinspritzmasse can thus be smaller than a given in heating in each stroke in all cylinders sum of strictlyeinspntzmassen the injectors.
  • the average fuel consumption for heating is thus reduced while optimizing NOx conversion.
  • This has the advantage that the desired setpoint temperature in the exhaust system can be set more accurately without the post-injections being partially completely switched off.
  • the post-injection takes place preferably 200 ° CA after top dead center.
  • the exhaust system has an oxidation catalyst. Part of the method is that introduced during the post-injection Nacheinspritzmasse or fuel mass is no longer or no longer completely burned in the combustion chamber of the engine, but only implemented or burned on an oxidation catalyst.
  • the oxidation catalyst is preferably followed by a diesel particulate filter.
  • the internal combustion engine is initially cold and the exhaust system is cold.
  • the exhaust gas temperature and the surface temperature of the catalytic converter initially increase.
  • This initial cold start heating can also be done by post injection. It is not necessarily necessary that during cold start heating at least individual post-injection are exposed to at least individual cylinders. It is conceivable that the cold start heating is heated consistently in every stroke on all cylinders. It is conceivable that after the
  • Kaltstartdiesen for example, after a corresponding Schubfahrtphase the
  • Surface temperature of the catalytic converter is controlled according to the target temperature.
  • Low-load operation takes place and, for example, driving in low-speed urban areas be performed. With in the process, it is possible to heat longer and thereby keep the exhaust gas temperature and or the surface temperature of the corresponding catalytic converter for a long time in a lower temperature range, in particular at about 200 ° C. It is possible to fine-tune the exhaust gas temperature for SCR catalysts.
  • a corresponding method is carried out in an engine control unit.
  • Engine control unit is set up to carry out the procedure.
  • the exhaust gas temperature for reaching the setpoint temperature can be controlled and / or regulated by post-injection, the post-injection mass being variable, wherein at least individual post-injections in at least individual cylinders can be exposed for varying the post-injection mass.
  • the setpoint temperature is as described in a temperature range between a light-off temperature of the catalytic converter and a Rußabbrandtemperatur.
  • Fig. 1 shows three schematic diagrams, wherein the coolant temperature, the
  • Fig. 4 shows very schematically an internal combustion engine and a third exhaust system
  • Fig. 5 shows very schematically an internal combustion engine and a fourth exhaust system.
  • each an exhaust system 10, 1 1, 12, 13 of a motor vehicle is shown.
  • the motor vehicle has an internal combustion engine 14.
  • the internal combustion engine 14 is designed in particular as a diesel engine.
  • An exhaust gas flow 15 coming from the internal combustion engine 14 is passed through the exhaust system 10, 11, 12, 13 with at least one
  • Passed catalytic converter It is at least one catalytic converter in the form of a
  • Oxidation catalyst 16 is provided.
  • the exhaust systems 10 to 13 each have a diesel particulate filter 17 for the separation of diesel soot from the exhaust gas flow 15.
  • the diesel particulate filter 17 is arranged downstream of the oxidation catalyst 16.
  • the exhaust system 10 (see Fig. 2) further includes a NOx storage catalyst 18.
  • the NOx storage catalyst 18 is disposed downstream of the diesel particulate filter 17.
  • the NO x storage catalytic converter 18 allows intermediate storage of nitrogen oxides (NO x), wherein nitrogen oxides are reduced and removed from the exhaust gas flow 15.
  • the exhaust system 1 1 (see Fig. 3) has an oxidation catalyst 16 and a
  • the exhaust system 12 (see Fig. 4) has downstream of the oxidation catalyst 16 and the diesel particulate filter 17 an SCR catalyst 19.
  • the SCR catalyst 19 selectively converts the exhaust gas component nitrogen oxide to nitrogen and water without the formation of undesirable by-products.
  • the reduction of nitrogen oxides is carried out using a reducing agent, in particular in the form of a urea solution.
  • Diesel particulate filter 17 and the SCR catalyst 19 is via a feed 20 the
  • Reducing agent injected.
  • the reducing agent is the
  • Reducing agent is added to the exhaust stream and this mixture is fed to the SCR catalyst 19.
  • the nitrogen oxide conversion can be carried out for example at about 200 ° C.
  • the exhaust system 13 (see Fig. 5) has, downstream of the oxidation catalyst 16, a diesel particulate filter 17 with an SCR coating (not shown).
  • the reducing agent necessary for the reduction of nitrogen oxides is introduced via the feed 20 between the
  • the exhaust gas temperature is increased to reach a target temperature by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine 14.
  • the post-injection takes place at a crankshaft angle such that the Nacheinspritzmasse is not or not completely burned in the combustion chamber.
  • the post-injection takes place preferably 200 ° CA after top dead center.
  • FIG. 1 is a coolant temperature diagram 1, a
  • Driving speed 5 is plotted over time t in seconds s.
  • an exhaust gas temperature 6 and a surface temperature 7 of the SCR catalyst 19 and a target temperature profile 8 of the surface temperature of the SCR catalyst 19 are plotted over time t.
  • the motor vehicle carries out several startup and stop cycles 9, wherein in the first two startup and stop cycles 9 a speed of approximately 50 km / h and approximately 90 km / h is achieved. In the subsequent start-up and stop cycles 9, a speed of about 60 km / h is still reached twice until time T3, and after time T3 the maximum speed is about 50 m / h.
  • the engine coolant temperature rises from initially approx. 20 ° C to approx. 90 ° C.
  • the exhaust gas temperature 6 is measured after the exhaust gas catalyst in the form of the SCR catalyst 19 by means of a corresponding sensor.
  • Kaltstartstraen can be done in particular by Nacheinspritzen of fuel.
  • the inventive method for controlling and / or regulating the internal combustion engine can now in particular for holding the exhaust gas temperature 6 and / or for holding the
  • the exhaust gas temperature 6 is increased to achieve a target temperature by post-injection.
  • the setpoint temperature is shown in FIG. 1 by the target temperature profile 8 from the point in time T3.
  • the target temperature profile 8 and thus the setpoint temperature in Fig. 1 are just above 200 ° C.
  • the heat input and the post-injection mass are varied in that at least individual post-injections are exposed in at least individual cylinders.
  • Nacheinspritzmasse can thereby be finely dosed, whereby a longer heating and keeping constant the target temperature profile 8 is possible.
  • a fine regulation of the exhaust gas temperature 6 is possible, for example for the SCR catalytic converter 19 (see FIG.
  • This low-temperature heating with low post-injection masses can in particular be carried out permanently, for example, for a heating period of more than 5 minutes.
  • every nth post-injection on individual or on all cylinders can be suspended.
  • the post-injection is not completely suspended.
  • the number n may be between 5 and 15.
  • every 2, 3, 4 or every 16th post-injection is suspended.
  • the post-injection amount can be varied by making post-injections in individual cylinders while simultaneously subjecting injections to other cylinders or none at all
  • Post-injections are made. This makes it possible that the entire post-injection mass delivered in a heating period is smaller than one
  • corresponding injectors would at least deliver, with an injector a
  • the minimum injection mass can be between 0.5 and 0.8 mg per stroke.
  • the target temperature is in a temperature range between a light-off temperature of the catalytic converter and a Rußabbrandtemperatur.
  • the setpoint temperature is in particular below 500 ° C. and preferably below 300 ° C.
  • the heating power is below the heating power, which is necessary for the regeneration of the diesel particulate filter 17. This has the advantage that the injection quantity is reduced. This also allows a reduction in the heat loss due to the lower temperature difference from the environment. This results in a reduction of CO 2 emissions.
  • the setpoint temperature is in a temperature range below a Rußabbrandtemperatur, which takes place in this temperature range substantially no Rußabbrannt.
  • the exhaust gas stream is heated to a desired temperature, wherein the setpoint temperature is in a temperature range above a light-off temperature of the catalytic converter and below the regeneration temperature of the diesel particulate filter 17.
  • the Rußabbrandtemperaturen for corresponding soot particles are in a range of more than 500 ° C, in particular of more than 550 ° C.
  • the setpoint temperature is above a light-off temperature of the catalytic converter. Because of that
  • the internal combustion engine may alternatively be designed as a gasoline engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors (14) und ein Motorsteuergerät zur Ausführung des Verfahrens, wobei ein von dem Verbrennungsmotor (14) kommender Abgasstrom (15) durch eine Abgasanlage (10, 11, 12, 13) mit einem Abgaskatalysator geleitet wird, wobei eine Abgastemperatur zum Erreichen einer Solltemperatur durch Nacheinspritzen erhöht wird, wobei eine Nacheinspritzmasse variiert wird, wobei zum Variieren der Nacheinspritzmasse zumindest einzelne Nacheinspritzungen in zumindest einzelnen Zylindern ausgesetzt werden. Ein unzulässig hoher Wärmeeintrag, ein zu hoher Kraftstoffverbrauch und eine zu geringe NOx-Konvertierung während der Abgasnachbehandlung werden dadurch vermieden, dass die Solltemperatur in einem Temperaturbereich zwischen einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und einer Rußabbrandtemperatur liegt.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG DER ABGASTEMPERATUR EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines
Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend eingerichtetes Motorsteuergerät zur Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsmotors, wobei das Motorsteuergerät zur Ausführung des Verfahrens geeignet eingerichtet ist.
Aus der DE 10 2010 030 640 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors bekannt. Ein von dem Verrennungsmotor kommender Abgasstrom wird durch eine Abgasanlage mit einem entsprechenden Auslasskanal und mit einer
Abgasreinigungskomponente geleitet. Als Abgasreinigungskomponenten weist die Abgasanlage einen SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Anlage), einen Drei- Wege-Katalysator oder eine NOx-Falle oder Kombinationen dieser Komponenten auf. Als weitere Abgasreinigungskomponente ist ferner ein Dieselpartikelfilter vorgesehen. Um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters durchzuführen, wird der Dieselpartikelfilter über seine normale Betriebstemperatur auf eine Rußabbrandtemperatur aufgeheizt, um Rußpartikel zu oxidieren oder zu verbrennen, die sich im Dieselpartikelfilter angesammelt haben. Das
Verfahren umfasst während der Regeneration des Dieselpartikelfilters Nacheinspritzen von Kraftstoff in ein oder mehrere Zylinder des Motors zumindest in einem Auslasshub eines Motortakts, wobei die späte Nacheinspritzung nach ca. 40° KW vor dem oberen Totpunkt erfolgt, so dass ein Teil des Kraftstoffes oder sämtlicher Kraftstoff in eine entsprechende Kolbenmulde gespritzt wird. Der Zeitpunkt und die Menge der Einspritzung werden auf
Grundlage einer zur Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters während der Regeration benötigten Wärmemenge gesteuert. In einem Betriebsmodus wird ein variables
Ventilsteuerungssystem so eingestellt, dass ein Auslassventil vor der späten Nacheinspritzung vorübergehend geschlossen wird. Das variable Ventilsteuerungssystem öffnet das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt, um Gase und den Kraftstoff in einen Auslasskrümmer und somit in die Abgasanlage und in den Dieselpartikelfilter abzugeben. Durch Schließen des Auslassventils vor der späten Nacheinspritzung wird die Temperatur und der Druck des Gases in dem Zylinder erhöht, was zu einer geringeren Kraftstoff menge führen soll, die für die spätere
Nacheinspritzung benötigt wird, um die Temperatur des Dieselpartikelfilters zu erhöhen. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffes basiert auf einer Wärmemenge, die zur Erhöhung der Temperatur des Dieselpartikelfilters angefordert wird und/oder auf der Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur des Dieselpartikelfilters. Die späte Nacheinspritzung kann während drei aufeinander folgender Motortakte erfolgen. In einem anderen Beispiel kann die späte Nacheinspritzung bei jedem zweiten Motortakt über eine Spanne von zehn
Motortakten erfolgen. Die Anzahl von Motortakten, in denen die Einspritzung erfolgt, kann zum Beispiel von der gewünschten exothermen Reaktion am Abgaskatalysator und dem Abgas- Kraftstoff-Verhältnis abhängig sein.
Dieses gattungsgemäße Verfahren ist noch nicht optimal ausgebildet. Das Ziel des
gattungsgemäßen Verfahrens ist die Herbeiführung einer großen Temperaturanhebung, um eine Regeneration des Dieselpartikelfilters zu ermöglichen. Die Regeneration eines
Dieselpartikelfilters kann bei ca. 600 °C Celsius erfolgen. Bei diesen Temperaturen ist eine Stickoxidkonvertierung nicht mehr möglich. Die Abgastemperatur kann während des weiteren Betriebs des Kraftfahrzeugs in einen Temperaturbereich fallen, in dem nur eine geringe NOx- Konvertierung bspw. mittels eines SCR-Katalysators erfolgt. Ein ununterbrochenes Heizen würde zu unzulässig hohem Wärmeeintrag und zu hohem Kraftstoffverbrauch führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass ein unzulässig hoher Wärmeeintrag, ein zu hoher Kraftstoffverbrauch und eine zu geringe NOx-Konvertierung während der
Abgasnachbehandlung vermieden wird.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Es ist vorteilhaft, dass der Abgasstrom auf eine Solltemperatur geheizt wird, die kleiner ist als eine Rußabbrandtemperatur. Die Solltemperatur liegt in einem Temperaturbereich unterhalb einer Rußabbrandtemperatur, wodurch im
Wesentlichen kein Rußabbrannt stattfindet. Der Abgasstrom wird dabei auf eine Solltemperatur geheizt, wobei die Solltemperatur in einem Temperaturbereich oberhalb einer
Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und unterhalb der Regenerationstemperatur eines Dieselpartikelfilters liegt. Die Rußabbrandtemperaturen für entsprechende Rußpartikel liegen in einem Bereich von mehr als 500 °C insbesondere von mehr als 550 °C. Die durch das hier vorgeschlagene Verfahren erreichte Solltemperatur liegt in einem Bereich unterhalb von 500 °C. Insbesondere liegt die Solltemperatur in einem Bereich unterhalb von 300 °C. Dies hat den Vorteil, dass die Einspritzmenge reduziert wird. Hierdurch ist ferner eine Verringerung des Verlustwärmestromes durch die geringere Temperaturdifferenz zur Umgebung ermöglicht. Dadurch erfolgt eine Verringerung des C02-Ausstoßes.
Ferner ist eine geringe NOx-Konvertierung dadurch vermieden, dass die Solltemperatur oberhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators liegt. Der Abgaskatalysator kann insbesondere als SCR-Katalysator (SCR: selektive katalytische Reduktion) ausgebildet sein, wobei eine entsprechende Reduktion von Stickoxiden unter Verwendung von Ammoniak bspw. in Form einer Harnstofflösung erfolgen kann. Der SCR-Katalysator wandelt die
Abgaskomponente Stickoxid ohne Bildung von unerwünschten Nebenprodukten selektiv zu Stickstoff und Wasser um. Der Verbrennungsmotor ist insbesondere als Dieselmotor ausgebildet. In alternativer Ausgestaltung kann der Abgaskatalysator als NOx- Speicherkatalysator ausgebildet sein. Alternativ kann ein Oxidationskatalysator mit einer zusätzlichen NOx-Speicherbeschichtung eingesetzt werden. Ferner ist es denkbar einen Rußpartikelfilter, insbesonder einen Dieselpartikelfilter, mit einer SCR-Beschichtung zu verwenden.
Die Solltemperatur kann bspw. in einem Bereich zwischen 200 °C und 250 °C Celsius liegen. Durch die Regulierung des Wärmeeintrags ergibt sich ein C02-Vorteil durch
wärmeverlustarmes Heizen bei niedrigen Temperaturen. Es ist eine Feinregulierung der Abgastemperatur möglich. Es ergibt sich ein Emissionsvorteil durch längeres, insbesondere dauerhaftes Halten der Katalysatortemperatur oberhalb der Anspringtemperatur des
Abgaskatalysators. Die Anspringtemperatur wird auch als Light-Off-Temperatur bezeichnet.
Der Wärmeeintrag in die Abgasanlage wird durch Nacheinspritzung und entsprechender exotherme Reaktion dadurch eingestellt, dass die Nacheinspritzmasse pro Arbeitshub und damit der Wärmeeintrag variiert werden. Die Mindesteinspritzmasse von entsprechenden Injektoren, beispielsweise von Magnetventilinjektoren oder von Piezoinjektoren, ist pro einzelner Nacheinspritzung begrenzt. Die Mindesteinspritzmasse von entsprechenden Injektoren kann bspw. auf ca. 0,5 bis 0,8 mg pro Arbeitshub begrenzt sein. Hierdurch ist der kleinste einstellbare Wärmeeintrag pro Arbeitshub nach unten begrenzt. Es werden nun einzelne oder mehrere aufeinanderfolgende Nacheinspritzungen in einem oder in mehreren Zylindern ausgesetzt, um die mittlere Nacheinspritzmenge pro Heizperiode zu variieren. Alternativ oder zusätzlich kann in nicht allen Zylindern eine Nacheinspritzung vorgenommen werden. Es wird in bevorzugter Ausgestaltung jede n-te Nacheinspritzung auf allen Zylindern ausgesetzt oder es werden die Nacheinspritzungen auf einzelnen Zylindern ausgesetzt oder jede n-te Nacheinspritzung auf einzelnen Zylindern wird ausgesetzt. In einzelnen Zylindern können beispielsweise fortlaufend Nacheinspritzungen vorgenommen werden und gleichzeitig in anderen Zylindern werden alle oder nur einige Nacheinspritzungen ausgesetzt. Die benötigte mittlere Nacheinspritzmasse pro Zeit kann kleiner sein, als wenn über diesen Zeitraum in alle Zylinder bei jedem Arbeitshub eine Einspritzung mit der minimal möglichen Einspritzmenge des jeweiligen Injektors erfolgt. Die in einem Heizzeitraum abgegebene Nacheinspritzmasse kann somit kleiner sein als eine beim Heizen in jedem Arbeitshub in allen Zylindern abgegebene Summe der Mindesteinspntzmassen der Injektoren. Der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch zum Heizen ist damit herabgesetzt und gleichzeitig eine NOx-Konvertierung optimiert. Dies hat den Vorteil, dass die gewünschte Solltemperatur in der Abgasanlage genauer einstellbar ist, ohne dass die Nacheinspritzungen teilweise komplett ausgeschaltet werden. Das Nacheinspritzen erfolgt vorzugsweise 200 °KW nach dem oberen Totpunkt. Die Abgasanlage weist einen Oxidationskatalysator auf. Bestandteil des Verfahrens ist, dass die während der Nacheinspritzung eingebrachte Nacheinspritzmasse bzw. Kraftstoffmasse nicht mehr oder nicht mehr vollständig im Brennraum des Motors verbrennt, sondern erst auf einem Oxidationskatalysator umgesetzt bzw. verbrannt wird. Dem Oxidationskatalysator ist vorzugsweise ein Dieselpartikelfilter nachgeordnet.
Wenn nun ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Abgasanlage gestartet wird, ist zunächst der Verbrennungsmotor kalt und auch die Abgasanlage ist kalt. Es erfolgt so zunächst ein initiales Kaltstartheizen des Abgaskatalysators. Hierbei steigen die Abgastemperatur und die Oberflächentemperatur des Abgaskatalysators zunächst an. Dieses anfängliche Kaltstartheizen kann ebenfalls durch Nacheinspritzen vorgenommen werden. Es ist hierbei nicht zwangsweise nötig, dass beim Kaltstartheizen zumindest einzelne Nacheinspritzungen auf zumindest einzelnen Zylindern ausgesetzt werden. Es ist denkbar, dass beim Kaltstartheizen durchgängig in jedem Arbeitshub auf allen Zylindern geheizt wird. Es ist denkbar, dass nach dem
Kaltstartheizen beispielsweise nach einer entsprechenden Schubfahrtphase die
Oberflächentemperatur des Abgaskatalysators unter die Anspringtemperatur abfällt. Nun ist lediglich ein geringerer Wärmeeintrag in die Abgasanlage durch Nacheinspritzen erforderlich, um einerseits eine möglichst optimale Stickoxidkonvertierung zu erreichen und dabei gleichzeitig einen zu hohen Wärmeeintrag und zu hohen Kraftstoffverbrauch zu verhindern. Dieser geringerer Wärmeeintrag kann durch Aussetzen von einzelnen oder mehren
Nacheinspritzungen wie vorstehend beschrieben eingestellt werden. Die
Oberflächentemperatur des Abgaskatalysators wird entsprechend auf die Solltemperatur geregelt.
Eine solche Art des Heizens ist ferner vorteilhaft, wenn mit dem Kraftfahrzeug ein
Schwachlastbetrieb erfolgt und zum Beispiel Fahrten innerorts mit geringer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Mit in dem Verfahren ist es möglich, länger zu heizen und dabei die Abgastemperatur und oder die Oberflächentemperatur des entsprechenden Abgaskatalysators für längere Zeit in einem geringeren Temperaturbereich, insbesondere bei ca. 200 °C zu halten. Es ist eine Feinregulierung der Abgastemperatur für SCR-Katalysatoren möglich.
Ein entsprechendes Verfahren wird dabei in einem Motorsteuergerät ausgeführt. Das
Motorsteuergerät ist zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet. Mittels des Steuergerätes ist die Abgastemperatur zum Erreichen der Solltemperatur durch Nacheinspritzen steuerbar und/oder regelbar, wobei die Nacheinspritzmasse variierbar ist, wobei zum Variieren der Nacheinspritzmasse zumindest einzelne Nacheinspritzungen in zumindest einzelnen Zylindern aussetzbar sind. Die Solltemperatur liegt dabei wie beschrieben in einem Temperaturbereich zwischen einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und einer Rußabbrandtemperatur.
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren und das
erfindungsgemäße Motorsteuergerät in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 drei schematische Diagramme, wobei die Kühlmitteltemperatur, die
Fahrgeschwindigkeit und die Temperatur in einer Abgasanlage über die Zeit aufgetragen ist,
Fig. 2 stark schematisch einen Verbrennungsmotor und eine erste Abgasanlage,
Fig. 3 stark schematisch einen Verbrennungsmotor und eine zweite Abgasanlage,
Fig. 4 stark schematisch einen Verbrennungsmotor und eine dritte Abgasanlage, und
Fig. 5 stark schematisch einen Verbrennungsmotor und eine vierte Abgasanlage.
In Fig. 2 bis 5 ist je eine Abgasanlage 10, 1 1 , 12, 13 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor 14 auf. Der Verbrennungsmotor 14 ist insbesondere als Dieselmotor ausgebildet. Ein von dem Verbrennungsmotor 14 kommender Abgasstrom 15 wird durch die Abgasanlage 10, 1 1 , 12, 13 mit mindestens einem
Abgaskatalysator geleitet. Es ist zumindest ein Abgaskatalysator in Form eines
Oxidationskatalysators 16 vorgesehen.
Ferner weisen die Abgasanlagen 10 bis 13 jeweils einen Dieselpartikelfilter 17 zur Abscheidung von Dieselruß aus dem Abgasstrom 15 auf. Der Dieselpartikelfilter 17 ist dabei stromabwärts des Oxidationskatalysators 16 angeordnet.
Die Abgasanlage 10 (vgl. Fig. 2) weist ferner einen NOx-Speicherkatalysator 18 auf. Der NOx- Speicherkatalysator 18 ist stromabwärts des Dieselpartikelfilters 17 angeordnet. Der NOx- Speicherkatalysator 18 ermöglicht eine Zwischenspeicherung von Stickoxiden (NOx), wobei Stickoxide reduziert und aus dem Abgasstrom 15 entfernt werden.
Die Abgasanlage 1 1 (vgl. Fig. 3) weist einen Oxidationskatalysator 16 und einen
Dieselpartikelfilter 17 auf, wobei der der Oxidationskatalysator 16 zusätzlich eine NOx- Speicherbeschichtung (nicht dargestellt) zur Zwischenspeicherung von Stickoxiden aufweist.
Die Abgasanlage 12 (vgl. Fig. 4) weist stromabwärts des Oxidationskatalysators 16 und des Dieselpartikelfilters 17 einen SCR-Katalysator 19 auf. Der SCR-Katalysator 19 wandelt die Abgaskomponente Stickoxid ohne Bildung von unerwünschten Nebenprodukten selektiv zu Stickstoff und Wasser um. Die Reduktion von Stickoxiden erfolgt unter Verwendung eines Reduktionsmittels insbesondere in Form einer Harnstofflösung. Zwischen dem
Dieselpartikelfilter 17 und dem SCR-Katalysator 19 wird über eine Zuführung 20 das
Reduktionsmittel injiziert. Durch diese Eindüsung des Reduktionsmittels wird das
Reduktionsmittel dem Abgasstrom beigemischt und diese Mischung wird dem SCR-Katalysator 19 zugeführt. Die Stickoxidkonvertierung kann beispielsweise bei ca. 200 °C erfolgen.
Die Abgasanlage 13 (vgl. Fig. 5) weist stromabwärts des Oxidationskatalysators 16 einen Dieselpartikelfilter 17 mit einer SCR-Beschichtung (nicht dargestellt) auf. Das zur Reduktion von Stickoxiden nötige Reduktionsmittel wird über die Zuführung 20 zwischen dem
Oxidationskatalysator 16 und dem Dieselpartikelfilter 17 dem Abgasstrom 15 beigemischt. Über die Zuführung 20 erfolgt die Eindüsung des Reduktionsmittels.
Die Abgastemperatur wird zum Erreichen einer Solltemperatur durch Nacheinspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum des Verbrennungsmotors 14 erhöht. Die Nacheinspritzung erfolgt bei einem Kurbelwellenwinkel derart, dass die Nacheinspritzmasse nicht oder nicht vollständig im Brennraum verbrannt wird. Das Nacheinspritzen erfolgt vorzugsweise 200 °KW nach dem oberen Totpunkt. Die während der Nacheinspritzung in den Brennraum des
Verbrennungsmotors 14 eingebrachte Nacheinspritzmasse wird zumindest zum Teil erst auf dem Oxidationskatalysator 16 verbrannt. Im Oxidationskatalysator 16 entsteht durch diese exotherme Reaktion zusätzliche Wärme, die zur Aufheizung der Abgasanlage 10 bis 13 genutzt wird. Durch das Nacheinspritzen werden daher zum einen der Oxidationskatalysator 16 und zum anderen mittels des erhitzten Abgasstroms 15 auch die nachgeordneten Komponenten, wie der Dieselpartikelfilter 17, der NOx-Speicherkatalysator 18 oder der SCR-Katalysator 19 geheizt. Durch die Nacheinspritzung kann unter anderem die NOx-Konvertierung wie nachfolgend beschrieben beeinflusst werden.
Anhand von Fig. 1 wird nun ein Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei in dem Fahrzyklus das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Das Verfahren kann insbesondere bei einem beliebigen Fahrzyklus zur Abgastemperaturregelung angewendet werden. Es ist in Fig. 1 ein Kühlmitteltemperaturdiagramm 1 , ein
Fahrgeschwindigkeitsdiagramm 2 und ein Temperaturdiagramm 3 der Abgasanlage 12 dargestellt.
In dem Kühlmitteldiagramm 1 ist eine Motorkühlmitteltemperatur 4 in °C über die Zeit t in Sekunden s aufgetragen. In dem Fahrgeschwindigkeitsdiagramm 2 ist eine
Fahrgeschwindigkeit 5 über die Zeit t in Sekunden s aufgetragen. In dem Temperaturdiagramm 3 sind eine Abgastemperatur 6 und eine Oberflächentemperatur 7 des SCR-Katalysators 19 und ein Zieltemperaturverlauf 8 der Oberflächentemperatur des SCR-Katalysators 19 über die Zeit t aufgetragen.
Wie aus dem Fahrgeschwindigkeitsdiagramm 2 gut ersichtlich ist, führt das Kraftfahrzeug mehrere Anfahr- und Stoppzyklen 9 durch, wobei in den ersten beiden Anfahr- und Stoppzyklen 9 eine Geschwindigkeit von ca. 50 km/h und ca. 90 km/h erreicht wird. In den nachfolgenden Anfahr- und Stoppzyklen 9 wird bis zum Zeitpunkt T3 noch zweimal eine Geschwindigkeit von ca. 60 km/h erreicht und nach dem Zeitpunkt T3 liegt die Maximalgeschwindigkeit bei ca. 50 m/h. Die Motorkühlmitteltemperatur steigt dabei von anfänglich ca. 20 °C auf ca. 90°C an.
Die Abgastemperatur 6 wird nach dem Abgaskatalysator in Form des SCR-Katalysators 19 mittels eines entsprechenden Sensors gemessen. Die Abgastemperatur 6 und die
Oberflächentemperatur des SCR-Katalysators 19 steigen von der anfänglichen Umgebungstemperatur von ca. 20°C rasch an. Zum Zeitpunkt T1 beginnt ein Kaltstartheizen, wodurch die Abgastemperatur 6 rasch bis auf ca. 290 °C ansteigt. Das Kaltstartheizen endet zum Zeitpunkt T2, wonach die Abgastemperatur wieder auf ca. 200 °C abfällt. Das
Kaltstartheizen kann insbesondere durch Nacheinspritzen von Kraftstoff erfolgen.
Durch den nachfolgenden Anfahr- und Stoppzyklus 9 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von ca. 90 km/h steigt die Abgastemperatur 6 wieder an auf ca. 275 °C, wobei die
Oberflächentemperatur 7 des SCR-Katalysators bis zum Zeitpunkt t= 300 s auf knapp über 250 °C erhöht wird. Anschließend fallen nun die Abgastemperatur 6 und die Oberflächentemperatur 7 - ohne zusätzliches Heizen mittels Nacheinspritzen - auf unter 200 °C.
Es ist jedoch vorteilhaft, die Oberflächentemperatur 7 des SCR-Katalysators und/oder die Abgastemperatur 6 auf einen höheren Wert zu bringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Verbrennungsmotors kann nun insbesondere zum Halten der Abgastemperatur 6 und/oder zum Halten der
Oberflächentemperatur 7 auf diesem höheren Niveau verwendet werden.
Die Abgastemperatur 6 wird dabei zum Erreichen einer Solltemperatur durch Nacheinspritzen erhöht. Die Solltemperatur ist in Fig. 1 durch den Zieltemperaturverlauf 8 ab dem Zeitpunkt T3 dargestellt. Der Zieltemperaturverlauf 8 und damit die Solltemperatur betragen in Fig. 1 knapp über 200 °C.
Um diese Solltemperatur zu erreichen und um den Zieltemperaturverlauf 8 der
Oberflächentemperatur des SCR-Katalysators 19 entsprechend konstant halten zu können, wird nun eine Nacheinspritzmasse variiert.
Der Wärmeeintrag und die Nacheinspritzmasse werden dadurch variiert, dass zumindest einzelne Nacheinspritzungen in zumindest einzelnen Zylindern ausgesetzt werden. Die
Nacheinspritzmasse kann hierdurch fein dosiert werden, wodurch ein längeres Heizen und ein Konstanthalten des Zieltemperaturverlaufs 8 ermöglicht ist. Es ist eine Feinregulierung der Abgastemperatur 6 für beispielsweise den SCR-Katalysator 19 (vgl. Fig. 4) möglich. Dieses Niedertemperaturheizen mit geringen Nacheinspritzmassen kann insbesondere dauerhaft erfolgen bspw. für eine Heizperiode von mehr als 5 Minuten. Es kann insbesondere jede n-te Nacheinspritzung auf einzelnen oder auf allen Zylindern ausgesetzt werden. Es wird jedoch die Nacheinspritzung nicht komplett ausgesetzt. Die Zahl n kann beispielsweise zwischen 5 und 15 liegen. Es ist jedoch auch denkbar, dass jede 2, 3, 4 oder jede 16. Nacheinspritzung ausgesetzt wird. Ferner kann die Nacheinspritzmenge dadurch variiert werden, dass in einzelnen Zylindern Nacheinspritzungen vorgenommen werden und gleichzeitig in anderen Zylindern Nacheinspritzungen ausgesetzt oder überhaupt keine
Nacheinspritzungen vorgenommen werden. Hierdurch ist es möglich, dass die gesamte in einem Heizzeitraum abgegebene Nacheinspritzmasse kleiner ist als eine
Gesamtmindestmasse, die beim Heizen in jedem Arbeitshub in allen Zylindern durch
entsprechende Injektoren mindestens abgegeben würde, wobei ein Injektor eine
Mindesteinspritzmasse pro Arbeitshub abgibt. Die Mindesteinspritzmasse kann zwischen 0,5 und 0,8 mg pro Hub betragen.
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die Solltemperatur in einem Temperaturbereich zwischen einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und einer Rußabbrandtemperatur liegt. Die Solltemperatur liegt insbesondere unterhalb von 500 °C Celsius und vorzugsweise unterhalb von 300 °C.
Die Heizleistung liegt unterhalb der Heizleistung, die zur Regeneration des Dieselpartikelfilters 17 notwendig ist. Dies hat den Vorteil, dass die Einspritzmenge reduziert wird. Hierdurch ist ferner eine Verringerung des Verlustwärmestromes durch die geringere Temperaturdifferenz zur Umgebung ermöglicht. Dadurch erfolgt eine Verringerung des C02-Ausstoßes.
Die Solltemperatur liegt in einem Temperaturbereich unterhalb einer Rußabbrandtemperatur, wodurch in diesem Temperaturbereich im Wesentlichen kein Rußabbrannt stattfindet. Der Abgasstrom wird dabei auf eine Solltemperatur geheizt, wobei die Solltemperatur in einem Temperaturbereich oberhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und unterhalb der Regenerationstemperatur des Dieselpartikelfilters 17 liegt. Die Rußabbrandtemperaturen für entsprechende Rußpartikel liegen in einem Bereich von mehr als 500 °C insbesondere von mehr als 550 °C.
Ferner ist eine geringe NOx-Konvertierung dadurch vermieden, dass die Solltemperatur oberhalb einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators liegt. Dadurch dass die
Abgastemperatur 6 und/oder eine Oberflächentemperatur 7 dauerhaft oberhalb der
Anspringtemperatur gehalten wird, ergibt sich ein Emissionsvorteil. Der Verbrennungsmotor kann alternativ als Ottomotor ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
1 Kühlmitteltemperaturdiagramm
2 Fahrgeschwindigkeitsdiagramm
3 Temperaturdiagramm
4 Motorkühlmitteltemperatur
5 Fahrgeschwindigkeit
6 Abgastemperatur
7 Oberflächentemperatur eines SCR-Katalysator
8 Zieltemperaturverlauf der Oberflächentemperatur eines SCR-Katalysators
9 Anfahr- und Stoppzyklus
10 Abgasanlage
1 1 Abgasanlage
12 Abgasanlage
13 Abgasanlage
14 Verbrennungsmotor
15 Abgasstrom
16 Oxidationskatalysator
17 Dieselpartikelfilter
18 NOx-Speicherkatalysator
19 SCR-Katalysator
20 Zuführung
T1 Zeitpunkt - Beginn des Kaltstartheizens
T2 Zeitpunkt - Ende des Kaltstartheizens
T3 Zeitpunkt - Beginn des Niedertemperaturheizens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors, wobei ein von dem Verbrennungsmotor (14) kommender Abgasstrom (15) durch eine Abgasanlage (10, 1 1 , 12, 13) mit einem Abgaskatalysator geleitet wird, wobei eine Abgastemperatur zum Erreichen einer Solltemperatur durch Nacheinspritzen erhöht wird, wobei eine
Nacheinspritzmasse variiert wird, wobei zum Variieren der Nacheinspritzmasse zumindest einzelne Nacheinspritzungen in zumindest einzelnen Zylindern ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur in einem Temperaturbereich zwischen einer Anspringtemperatur des Abgaskatalysators und einer Rußabbrandtemperatur liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede n-te Nacheinspritzung auf einzelnen Zylindern ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede n-te
Nacheinspritzung auf allen Zylindern ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einzelnen Zylindern Nacheinspritzungen vorgenommen werden und gleichzeitig in anderen Zylindern Nacheinspritzungen ausgesetzt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur unterhalb von 500 °C Celsius liegt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur unterhalb von 300 °C Celsius liegt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung soweit nach dem oberen Totpunkt liegt, dass die Nacheinspritzmasse nicht oder nur noch teilweise im Brennraum des Verbrennungsmotors (14) verbrannt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskatalysator als SCR-Katalysator (19) ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächentemperatur des Abgaskatalysator auf die Solltemperatur geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Nacheinspritzen mittels eines Injektors eine Mindesteinspritzmasse pro Arbeitshub abgegeben wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindesteinspritzmasse zwischen 0,5 und 0,8 mg pro Arbeitshub beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte in einem Heizzeitraum abgegebene Nacheinspritzmasse kleiner ist als eine Gesamtmindestmasse, die beim Nacheinspritzen in jedem Arbeitshub in alle Zylindern durch entsprechende Injektoren mindestens abgegeben würde.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (14) als Dieselmotor ausgestaltet ist.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Nacheinspritzung in den Brennraum des Verbrennungsmotors (14) eingebrachte Nacheinspritzmasse erst auf einem Oxidationskatalysator (16) verbrannt wird.
15. Motorsteuergerät zur Steuerung und/oder Regelung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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