WO2007033751A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2007033751A1 PCT/EP2006/008509 EP2006008509W WO2007033751A1 WO 2007033751 A1 WO2007033751 A1 WO 2007033751A1 EP 2006008509 W EP2006008509 W EP 2006008509W WO 2007033751 A1 WO2007033751 A1 WO 2007033751A1
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combustion engine
injection
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Bernd Christner
Alexander Kaiser
Berthold Keppeler
Holger Kissling
Markus Paule
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Daimler Ag
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an air-compressing injection internal combustion engine which is associated with an exhaust aftertreatment system with a particulate filter and a nitrogen oxide reduction catalyst, with a plurality of engine operating settings each having predetermined values for predetermined engine operating parameters.
  • the object of the invention is to provide a method for operating an air-compressing injection internal combustion engine, which on the one hand low emissions, but on the other hand also allows low fuel consumption.
  • the erfmdungsgespecializede method for operating a luftver Whynden injection internal combustion engine is in terms of pollutant emissions in particular on a low particle emission and a low nitrogen oxide emission turned off.
  • an exhaust aftertreatment system with a particle filter and a nitrogen oxide reduction catalyst is provided for the internal combustion engine.
  • several internal combustion engine operating settings are provided with predetermined values for predetermined engine operating parameters. During a warm-up of the internal combustion engine, a heating operating position and in the warmed-up state, ie after a completed warm-up, a basic operating position is set.
  • the Schusem ein ensures that existing in the exhaust aftertreatment catalytic exhaust gas purification components, in particular the nitrogen oxide reduction catalyst quickly their Reach operating temperature.
  • the basic operating setting is designed to be more fuel-efficient than the heating mode setting.
  • a transition from the heating mode setting to the basic operating setting is made when a predeterminable first temperature threshold value is exceeded in the exhaust gas aftertreatment system.
  • the exceeding of the first temperature threshold value preferably indicates an operational readiness of an exhaust gas catalytic converter, in particular of the nitrogen oxide decomposition catalytic converter.
  • At least one further, in particular a third, operating position is provided in the warmed-up state with an exhaust-gas delivery rate which is lower than the basic operating setting.
  • An operating position of the internal combustion engine to be understood in the sense of the invention is characterized by a set of internal combustion engine operating parameters which determine the course of fuel combustion in one or more combustion chambers of the internal combustion engine, said internal combustion engine operating parameters being largely and / or predominantly independent of the load.
  • Speed state of the internal combustion engine are adjustable.
  • any component suitable for removing particulate exhaust gas constituents can be used as the particle filter.
  • a nitrogen oxide reduction catalyst is in particular a so-called SCR catalyst on Vadadiumpentoxid- and / or precious metal-based into consideration.
  • a nitrogen oxide storage catalyst and / or non-or less-selective Denox catalysts are also possible.
  • the exhaust aftertreatment system preferably comprises further catalytic purification units. Particularly preferred is an oxidation catalyst, preferably in the engine-near position.
  • the operating phase is understood after a start of the internal combustion engine until reaching a temperature characterizing component and / or equipment temperature.
  • a temperature threshold in the exhaust aftertreatment system.
  • the third operating setting can be designed with regard to a further improvement of the fuel consumption.
  • one or more further Brennkraftmaschinenbetnebsparameter such as the beginning of a main fuel injection and / or the fuel injection pressure adjusted accordingly.
  • a beginning of the main fuel injection previous to the baseline setting is set.
  • it is advantageous if compared to the less fuel-efficient basic operating setting of the injection pressure is raised by about 50 bar to 500 bar.
  • the third operation setting may also be designed in terms of exhaust gas heating.
  • one or more further engine operating parameters are adjusted relative to the basic operating setting.
  • the third operating setting for example, due to unfavorable driving conditions imminent or occurred cooling of exhaust gas cleaning components or be eliminated, so that their functionality is not impaired.
  • a Abgasruckbowrate of about 45% to 55%, and thus set only a slightly smaller exhaust gas recirculation rate than in the Basisbetbeleb too.
  • the internal combustion engine is operated at least in one of the set in the warmed-up state combustion process with a compression ratio of less than 19: 1.
  • the internal combustion engine is operated at a compression ratio of less than 18: 1 and more preferably less than 17: 1.
  • the compression ratio can be variable, but it is preferably fixed due to the geometries and the same size for all cylinders of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can be operated with a particularly low amount of raw nitrogen oxide.
  • the nitrogen oxide decomposition catalyst can therefore work particularly effectively, so that correspondingly low nitrogen oxide emission values for the tailpipe emission are made possible.
  • the nitrogen oxide decomposition catalytic converter can also be smaller and therefore less expensive than internal combustion engines operated with a higher compression ratio.
  • a smaller nitrogen oxide reduction catalyst also exhibits improved warm-up behavior and facilitates placement in the exhaust system.
  • the nitrogen oxide decomposition catalyst then preferably has a catalyst volume which is less than three times, particularly preferably ger than twice the Brennkraftmaschinenhubraums.
  • the first temperature threshold value is a temperature value which characterizes an onset of the effectiveness of the nitrogen oxide reduction catalyst and an exhaust nitrogen oxide reduction additive is added to the engine exhaust gas in the warmed-up state upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst.
  • a temperature in the catalyst bed or on the input side of the nitrogen oxide reduction catalyst is detected and compared with a stored respective reference value which correlates with or corresponds to the so-called light-off temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst. It may be provided that the stored reference value is adjusted continuously or from time to time according to an aging state of the nitrogen oxide reduction catalyst. If the reference value is exceeded, the combustion process is changed over and a release signal for the supply of aggregate is set and optionally started immediately with the supply.
  • the nitrogen oxide reduction catalyst is preferably designed as an SCR catalyst and the additive is ammonia, urea or another substance capable of releasing ammonia.
  • a connection of a separate Kraftstoffnachein- injection is made when active Schusseingnagnally when exceeding a predetermined second temperature threshold in the exhaust aftertreatment system.
  • the other engine operating parameters of the heating mode setting remain unchanged.
  • the connected fuel post-injection designed as a late, non-coking fuel post-injection with an injection start of about 140 0 KWnOT.
  • an internal combustion engine operation without a late post-injection thus takes place immediately after an engine start when the heating mode setting is active. This is switched on only when the second temperature threshold value is exceeded.
  • the second temperature threshold value is a temperature value which characterizes an onset of the effectiveness of an oxidation catalyst arranged upstream of the particle filter.
  • a temperature in the catalyst bed and / or on the emission side of the oxidation catalytic converter is detected and compared with a stored respective reference value which correlates with or corresponds to the light-off temperature of the oxidation catalytic converter.
  • the stored reference value accordingly an aging state of the oxidation catalyst is adjusted continuously or from time to time. If the reference value is exceeded, the multitude fuel post-injection is switched on.
  • the fuel injection comprises at least one separate pre-injection.
  • One of the main injection timing upstream separate pilot injection ensures stable combustion. This is advantageous both with regard to the late post-injection carried out in the heating mode setting and with regard to a low compression ratio.
  • a further stabilization of the combustion is achieved if in a further embodiment of the method, at least when the basic operating setting is active, a double pilot fuel injection is performed.
  • a fuel injection pressure which is reduced compared to the basic operating setting is set when the heating mode setting is active. This measure allows a further increased heat input into the exhaust gas and thus a further increased warm-up rate of the exhaust aftertreatment system with simultaneously reduced NOx raw emissions.
  • a fuel injection pressure which is higher than the basic operating setting is set.
  • the increase over the basic operating setting is typically between 50 bar and 500 bar. At full load and increased speeds is thus typically- way the intended for the fuel injection system rated injection pressure reached.
  • a further, fourth operating setting is additionally provided in the warmed-up state, with a transition from the basic operating setting or from the third operating setting to the fourth operating setting being followed by a late fuel injection and / or the exhaust-gas delivery rate being reduced.
  • the third operating setting is designed to optimize consumption, while the fourth operating setting allows a warming of the exhaust gas.
  • the other engine operating parameters of the basic operating setting remain unchanged.
  • At least one of the operating settings provided in the warmed-up state is provided with an at least temporary intake-channel deactivation.
  • this measure is performed in a low load range with less than about 50% of rated load.
  • the intake port shutdown can also be provided in the entire load range.
  • the disconnected inlet channel is preferably a so-called filling channel and the inlet channel which is not switched off is a so-called swirl channel.
  • an at least temporary heating of a glow chamber associated with a combustion chamber of the internal combustion engine is provided, at least in one of the operating settings provided in the warmed-up state.
  • This measure is preferably also carried out in a partial load operation of the internal combustion engine and / or at low outside temperature. This ensures reliable ignition of the injected fuel and thus low HC raw emissions and low fuel consumption. This is particularly advantageous in conjunction with a low compression ratio.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an advantageous
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of an exhaust aftertreatment system for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic state diagram for a preferred sequence of the inventive method.
  • FIG. 4 shows a time diagram with exemplary temperature curves at various operating settings together with an associated travel curve.
  • Fig. 1 shows schematically an intended for carrying out the inventive method internal combustion engine 1 for an unillustrated motor vehicle with special consideration of Gasbigung.
  • the internal combustion engine 1 is preferably designed as a direct-injection, air-compressing internal combustion engine with low compression.
  • An associated not shown injection system is preferably designed as a so-called common rail system with adjustable rail pressure or fuel injection pressure.
  • Internal combustion engine 1 has a plurality of cylinders Z, each split into two cylinders 2, 3, each having a combustion chamber with two intake valves, two exhaust valves, a glow plug and a fuel injector, which is not shown in detail.
  • Each cylinder Z is assigned a first inlet channel 4 and a second inlet channel 5, via which combustion air can be supplied to the respective cylinder Z.
  • the corresponding components are only provided with the associated reference numerals for the first cylinder Z.
  • the inlet ducts 4, 5 are connected to a common for the cylinder Z of the internal combustion engine 1 air supply duct 6, wherein the opening cross section of a respective first intake port 4 of a common for all cylinders Z inlet channel shutdown 7 continuously between an open position and a closed position can be changed.
  • an adjustable flap is preferably provided.
  • the respective first inlet channel 4 is designed as a so-called filling channel and the second inlet channel 5 as a so-called swirl channel.
  • the internal combustion engine 1 receives its combustion air via a first air supply line 8 and a second air supply line 9, in each of which an air mass meter 10 is arranged.
  • the combustion air of the air supply lines 8, 9 is compressed via respective exhaust gas turbochargers 11, 12 and a Charge air cooler 13 is supplied for cooling the compressed combustion air.
  • On the outlet side of the charge air cooler 13 is connected via a third air supply line 14 to the air supply channel 6, wherein in the third air supply line 14, a throttle valve 15 is arranged.
  • exhaust gas is discharged via the cylinder banks 2, 3 associated exhaust pipes 16, 17.
  • the combustion air can be admixed with exhaust gas via exhaust gas discharge lines 18, 19 and thus returned to the internal combustion engine 1.
  • the proportion of the returned exhaust gas (EGR rate) can be adjusted via EGR valves 20, 21 in the Abgasruckbowtechnischen 18, 19 and via the throttle valve 15.
  • the exhaust gas led back to the internal combustion engine 1 is tempered by means of an EGR cooler 22, but the EGR cooler 22 can also be bypassed in a manner not shown in more detail.
  • the combustion air can thus be optionally mixed with cooled or hot exhaust gas.
  • Non-returned exhaust gas is supplied via the exhaust gas turbocharger 11, 12 an exhaust aftertreatment system.
  • the exhaust aftertreatment system A comprises in the direction of flow of the exhaust gas in this order an oxidation catalytic converter 23, a particle filter 24, an SCR catalytic converter 25 and a secondary silencer 26.
  • the aforementioned components are arranged in an exhaust gas conduit 27, the oxidation catalytic converter 23 preferably being installed close to the internal combustion engine while the SCR catalytic converter 25 is disposed in an underfloor position with respect to the associated motor vehicle.
  • a Reduktionsffendosiersystem 32 is provided for the dosage of ammonia or one capable of releasing ammonia Reducing agent.
  • the reducing agent can be fed to an addition 33, from which it is added finely distributed upstream of the SCR catalyst 25 to the exhaust gas.
  • the exhaust gas line 27 may be connected to one of the exhaust gas turbochargers 11, 12 each on the engine side.
  • the exhaust aftertreatment system A is duplicated.
  • the exhaust gas lines 16, 17 are brought together behind the exhaust gas turbochargers 11, 12 and the exhaust gas streams are thus supplied together to the exhaust gas line 27.
  • the exhaust aftertreatment system A is present only in a simple execution.
  • temperature sensor 28, 29, 30, 31 are provided with which the temperatures upstream of the oxidation dation catalyst 23, before the particulate filter 24, before the SCR catalyst 30 and in the SCR catalyst bed can be detected.
  • further sensors and sensors may be provided, in particular for pressures and temperatures in the lines and components associated with the exhaust aftertreatment system A and the internal combustion engine 1.
  • an electronic control unit which on the one hand receives information about significant state variables such as temperatures, pressures from the corresponding sensors or sensors and on the other hand control signals as setting variables on actuators such as the EGR valves 20, 21 or the inlet channel shutdown 7 can output.
  • the control unit is able to control the fuel injectors to perform multiple injections and adjust the fuel injection pressure as needed.
  • the control unit can resort to stored maps or calculation routines. The control unit and the associated inputs and outputs are not shown. The control unit is therefore able to set the relevant operating parameters on the gas supply side as well as with regard to the fuel supply as a function of the detected state variables and thus to influence the combustion process in the combustion chambers of the internal combustion engine 1 in a targeted manner and as needed.
  • different operating settings are provided for a low-pollutant and economical operation of the internal combustion engine 1, a set of given internal combustion engine operating parameters corresponding to a specific operating setting corresponding to a specific combustion method associated with the respective operating position. If the predetermined values for the given internal combustion engine operating parameters which belong to a respective operating setting are set, then the corresponding combustion method becomes active.
  • a changeover from one combustion process to another, i. from one operating division to another, is carried out in the presence of predefinable switching criteria. These switching criteria essentially relate to exceeding or falling below predefinable temperature threshold values of component or equipment temperatures.
  • a particularly preferred procedure will be explained with reference to a state diagram shown in Fig. 3.
  • BV1, BVIa, BV2, BV3, BV4 denote various operation settings and firing methods, respectively, and the transitions from one firing process to another are made according to the arrows shown.
  • the decisive for a transition switching criteria with Tl, T2, T3, T4 are designated and preferably determined by respective temperature thresholds. Accordingly, the internal combustion engine 1 is operated as follows.
  • a first Schunnvon or a first Schunnvon BVl is first set, which is designed for rapid heating of the exhaust aftertreatment system A.
  • a cold start is understood to mean the presence of a cooled exhaust-gas aftertreatment system A and / or a cooled coolant at a start of the internal combustion engine 1.
  • a second heating operation setting (second heating combustion process) is set as a variant of the first heating combustion process BV1 in the presence of a first switching criterion T2 with BVIa.
  • a second switching criterion Tl a warmed-up state has been reached and it is transferred to a basic operating (BV2) BV, which is designed to significantly save fuel compared to the Schubrenn compiler BVl, BVIa, but allows a further slight heating of the exhaust aftertreatment system A.
  • a third switching criterion T3 indicates a fully functional state of the exhaust aftertreatment system A and causes a transition to a third combustion process BV3 with third operating settings, wherein BV3 is designed with regard to a consumption optimization. Occurs due to unfavorable driving conditions starting from the base combustion process BV2 or the third combustion process BV3 a cooling in the exhaust aftertreatment system A such that specifiable Cleaning characteristics such as a pollutant reduction can be fallen below, so there is a fourth switching criterion T4. In this case, there is a transition to a fourth combustion process BV4 with fourth operating settings, wherein BV4 has an increased heating effect for the exhaust aftertreatment system A compared to the base combustion process BV2. If, as a result of the setting of the fourth combustion process BV4, a sufficient warming up takes place, then with the presence of the second changeover criterion T1, the process is reentered into the basic combustion process BV2.
  • the decisive for the transition from the first Schubrennmaschine BVI on the second Schubrennvon BVIa first switching criterion T2 is preferably present when the oxidation catalyst 23 has a minimum turnover with respect to an oxidation of unburned exhaust gas constituents, ie has exceeded its light-off temperature. This is typically the case when the input side of the particulate filter 24 or the input side of the oxidation catalyst 23, a temperature threshold of about 180 0 C is exceeded, which is determined by means of the temperature sensor 29 and the temperature sensor 28.
  • the second switching criterion T 1 which is decisive for the transition from the second heating combustion process BVIa to the basic combustion process BV2, is preferably present when the SCR catalytic converter 25 has a minimum conversion capacity with respect to a nitrogen oxide conversion, ie has exceeded its light-off temperature. This is typically the case when the input side of the SCR catalyst 25 or in the SCR catalyst bed Temperature threshold of about 220 ° C is exceeded, which is determined by means of the temperature sensor 30 and the temperature sensor 31. In this case, the addition of reducing agent ms exhaust aftertreatment system A is released. Optionally, the Reduktionsffendosiersystem 32 is driven accordingly for immediate metering of the reducing agent.
  • the third switching element T3, which governs the transition from the basic firing method BV2 to the third firing method BV3, is preferably present when the SCR catalytic converter 25 has reached its maximum turnover capacity at least approximately. This is typically the case when the input side of the SCR catalyst 25 or in the SCR catalyst bed a temperature threshold of about 250 0 C is exceeded, which is determined by means of the temperature sensor 30 and the temperature sensor 31.
  • the fourth switching criterion T4 which is decisive for the transition from the basic combustion process BV2 or from the third combustion process BV3 to the fourth combustion process BV4, is preferably present when the SCR catalytic converter 25 has fallen below a prescribable minimum conversion capacity. This is typically the case when the SCR catalyst 25 or in the SCR catalyst bed, a temperature threshold value is fallen short of about 210 0 C emgangs drink, which by means of the temperature sensor 30 and the temperature sensor is determined 31st This temperature threshold is thus slightly below the temperature threshold value serving as switching criterion T1. As a result, a certain hysteresis is created and too frequent switching, in particular between the basic combustion process BV2 and the fourth combustion process BV4, is avoided.
  • the fourth combustion method BV4 is designed for heating the exhaust aftertreatment system A. Is this Therefore, as shown in FIG. 3, the basic burning process BV2 is set again. For this purpose, preferably the presence of the Umschaltkrite ⁇ ums already explained in the state transition from the second Schubrennmaschine BVIa for basic combustion process BV2 Tl prevail.
  • the base combustion process BV2 is preferably designed for a low level of nitrogen oxide (NOx) raw emissions. This makes it possible to achieve particularly low NOx tailpipe emission values even when the SCR catalytic converter 25 is not yet optimally effective.
  • NOx nitrogen oxide
  • the following fuel injection parameters are preferred. It is a main ⁇ injection and at least one temporally provided by the main injection ⁇ preinjection pre-injection provided. On post-injection is waived.
  • a comparatively late start of the main injection is set. At average engine load and speed are about 2 0 KWnOT to about 6 0 KWnOT typical values.
  • a main injection start at about 4 0 KWnOT is particularly preferred.
  • an injection start between 3 0 KW and 7 0 KW is preferably set before the start of injection of the main injection. It is particularly preferable to provide two individual pilot injections separated from one another and from the main injection in the basic combustion process BV2.
  • the jerkgechtten exhaust gases are passed through the EGR cooler, ie it is set a cooled Abgasruckchtung.
  • an optimal combustion with respect to the NOx formation can be achieved, which, however, is not thermodynamically optimized, so that when the basic combustion process BV2 is set, a certain heating of the exhaust aftertreatment system A takes place.
  • the third combustion method BV3 is optimized in terms of fuel consumption.
  • a previous main injection start is set.
  • a start of main injection in the region of top dead center or at about 2 0 KWvOT for a medium engine load and speed is.
  • a reduced EGR rate is set.
  • this is about 25% in the third combustion process BV3.
  • the fuel injection pressure is increased by 50 bar to 500 bar compared to the base combustion process BV2 at comparable load points.
  • an increasing with increasing engine load fuel injection pressure is adjusted.
  • the other settings preferably remain unchanged compared to the basic combustion method BV2.
  • the fourth combustion process BV4 is based on increased heating of the exhaust aftertreatment system A.
  • a late post-injection which is preferably designed as a non-co-firing post-injection.
  • a Nacheinspritzbeginn in the range of 60 0 KWnOT is set to 160 0 KWnOT.
  • a Nacheinspritzbeginn in the range of 110 0 KWnOT to 150 0 KWnOT is particularly preferred.
  • the nacheingespritzte fuel is no longer detected by the combustion in the combustion chamber and passes essentially chemically unchanged, but in vaporized form in the exhaust.
  • an afterburning for example, take place at the oxidation catalyst 23, whereby a warm-up is achieved.
  • a slightly reduced EGR rate typically 40% to 50% is set compared to the basic combustion process BV2.
  • the other settings preferably remain unchanged compared to the basic combustion method BV2.
  • at least one separate pre-injection is preferably provided for the fourth combustion process BV4.
  • a single remote pre-injection is set with an injection start of about 5 0 KW before the start of the main injection, and a main injection beginning later than the base combustion process BV 2.
  • a main injection start is at about 7 0 KWnOT.
  • an attached or co-firing post-injection is performed. This is a post-injection with a Nacheinspritzbeginn immediately or only a few degrees KW to understand after completion of the main injection. The post-injected fuel quantity is therefore determined by the combustion of the main injection detected.
  • the quantity of fuel injected in the main injection is adjusted in such a way that the output torque remains as unchanged as possible and thus torque fluctuations due to a change to the fourth combustion method are avoided.
  • the amount of nacheingespritzten fuel is preferably in the order of the amount of fuel of the main injection.
  • an injection pressure which is lower than the base combustion process BV2 is preferably set.
  • an injection pressure reduction is about 30% to 50%.
  • the EGR rate is preferably set similar to the fourth combustion method BV4.
  • an unclamped exhaust gas discharge line can be provided and, after reaching a predefinable exhaust gas temperature, can be switched over to a cooled exhaust gas return line upstream of the oxidation catalytic converter 23.
  • a separate, late fuel injection is switched on analogously to the fourth combustion process BV4.
  • the connection of the post-injection typically takes place when a temperature of approximately 180 ° C. is exceeded at the beginning of the oxidation catalytic converter 23 or at the beginning of the particle filter 24, which is determined by reading in the measured values supplied by the temperature sensors 28, 29.
  • By post-oxidation of the post-injection with the exhaust added unburned fuel components of the heat input into the exhaust gas is further increased. As a result, the downstream of the oxidation catalyst 23 components quickly reach their operating temperature. If this is the case, the base burn process BV2 is changed. Typically done this, if before the SCR catalyst 25 or in its catalyst bed, a temperature of about 220 0 C is exceeded.
  • an at least temporary heating of the combustion chambers of the internal combustion engine associated Gluhkerzen be provided.
  • This measure is particularly advantageous in comparatively cold engine and is preferably taken when the temperature of the coolant used for Brennkraftmaschinenkuhlung falls below a predetermined value of, for example, 50 0 C.
  • heating of the glow plugs can also be provided under appropriate driving conditions when the internal combustion engine is warmed up.
  • a so-called intermediate glow with heated glow plugs may be provided if driving conditions exist in which the internal combustion engine cools down or is about to cool down. This may be the case, for example, at low partial load, in particular in conjunction with low ambient temperatures.
  • FIG. 4 shows in diagrammatic form a temperature profile achieved with the method according to the invention in the exhaust aftertreatment system A in comparison with a temperature profile with the base burner method BV2 set continuously, together with an associated travel curve.
  • the travel curve designated by 36 indicates the driving speed v of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine 1 and the exhaust aftertreatment system A according to FIGS. 1 and 2.
  • the track 34 represents the temperature profile in the procedure according to the invention with adjustment of the different combustion methods BV1, BVIa, BV2, BV3 and BV4 in accordance with the time segments designated correspondingly at the upper edge of the diagram, in which the respectively indicated combustion method is active.
  • the track 35 shown in dashed lines represents a temperature profile, as it results in continuously adjusted basic combustion process BV2.
  • the tracks 34, 35 represent an exhaust gas temperature T SCR detected in each case with the temperature sensor 30 on the input side of the SCR catalytic converter 25.
  • the temperature T SCR before the SCR catalyst 25 rises rapidly from a cold start (t ⁇ ) with the first heating firing process BVl set with a short delay.
  • the temperature increase continues after the transition to the combustion process BVIa at time tl, although at the same time the vehicle speed v decreases.
  • the light-off temperature T A of the SCR catalytic converter 25 is reached and metering of urea-water solution into the exhaust gas can take place.
  • the temperature T SCR increases further at moderate driving speeds v. It can therefore be moved relatively quickly after a cold start at time t3 for consumption-optimized combustion process BV3.
  • the low driving speeds v occurring in the time range between t3 and t4
  • only a small amount of warm ms exhaust gas is introduced, as a result of which the temperature T SCR decreases.
  • a drop in the temperature of the SCR catalytic converter 25 below its light-off temperature T A is avoided by changing over to the combustion process BV 4 with heating effect at the time t 4.
  • a temperature increase of the SCR catalyst 25 so that it returns to the range of its optimal effectiveness.
  • the taking of this measure is preferably linked to the presence of a minimum temperature of for example 40 0 C of the coolant.
  • the intake port shutdown is activated in a load range below about 50% of the rated load.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine (1) der ein Abgasnachbehandlungssystem (A) mit einem Partikelfilter (24) und einen Stickoxid- verminderungskatalysator (25) zugeordnet ist, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst mehreren Brennkraf tmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraf tmaschinenbetriebsparameter und beinhaltet eine bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine (1) eingestellte Heizbetriebseinstellung (BVl ; BVIa) und eine im warmgelaufenen Zustand eingestellte Basisbetriebseinstellung (BV2) . Bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgassystem wird ein Übergang von der Heizbetriebseinstellung (BVl; BVIa) zur Basisbetriebseinstellung (BV2) vorgenommen, wobei im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung (BV2) wenigstens eine weitere, insbesondere dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetreibseinstellung (BV2) erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen ist.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine der ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter und einem Stickoxidverminderungskatalysator zugeordnet ist, mit mehreren Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraftmaschinenbe- triebsparameter .
Aus der DE 101 55 339 Al ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem mittels einer Heizbetriebseinstellung eine rasche Erwärmung insbesondere des Kühlmittels erreicht wird, wodurch wiederum rasch ausreichend Wärme zur Beheizung des Fahrgastraumes zur Verfügung steht. Das Verfahren umfasst die Einstellung von Brennkraft- maschinenbetriebsparametern, die größtenteils eine Verschlechterung des thermodynamischen Wirkungsgrads und damit eine vergleichsweise hohe Wärmefreisetzung zur Folge haben. Bei den ergriffenen Maßnahmen bleiben jedoch Aspekte bezüglich des Schadstoffausstoßes und des Kraftstoffverbrauch unberücksichtigt .
In der DE 103 23 245 Al wird zur Steigerung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine ebenfalls eine Betriebseinstellung mit einem schlechten thermodynamischen Wirkungsgrad vorgeschlagen. Die damit verbundenen vorgeschlagenen Maßnahmen zielen insbesondere auf eine Erwärmung eines im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordneten Oxidati- onskatalysators ab, so dass dieser Schadstoffe besser umsetzen kann. Dabei bleiben den Kraftstoffverbrauch betreffende Aspekte ebenfalls weitgehend unbeachtet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine anzugeben, welches einerseits einen geringen Schadstoffausstoß , andererseits jedoch auch einen geringen Kraftstoffverbrauch ermöglicht .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost .
Das erfmdungsgemaße Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine ist hinsichtlich des Schadstoffausstoßes insbesondere auf eine niedrige Partikel- emission und eine niedrige Stickoxidemission abgestellt. Hierzu ist für die Brennkraftmaschine ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter und einem Stickoxid- verminderungskatalysator vorgesehen. Um einerseits einen optimalen Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems und andererseits einen niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erzielen, sind mehrere Brennkraftmaschinenbetriebsemstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraftmaschi- nenbetriebsparameter vorgesehen. Bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine wird eine Heizbetriebsemstellung und im warmgelaufenen Zustand, d.h. nach erfolgtem Warmlauf, eine Basisbetriebsemstellung eingestellt. Die Heizbetriebsemstellung gewährleistet, dass im Abgasnachbehandlungssystem vorhandene katalytische Abgasreinigungskomponenten, insbesondere der Stickoxidverminderungskatalysator rasch ihre Betriebstemperatur erreichen. Dabei ist die Basisbetriebseinstellung im Vergleich zur Heizbetriebseinstellung verbrauchs- gunstiger ausgelegt. Ein Übergang von der Heizbetriebseinstellung zur Basisbetriebseinstellung wird bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem vorgenommen. Vorzugsweise kennzeichnet das Überschreiten des ersten Temperaturschwellenwerts eine Betriebsbereitschaft eines Abgaskatalysators, insbesondere des Stickoxidvermmderungskatalysators . Durch diese Vorgehensweise wird die hinsichtlich der Schadstoffemission kritische Warmlaufphase verkürzt und somit die Summe der in der Warmlaufphase erzeugten Schadstoffe gering gehalten. Andererseits ist gewährleistet, dass die verbrauchsungunstige Heizbetriebseinstellung nicht langer als notig aufrechterhalten bleibt, wodurch der durch die Heizbetriebseinstellung verursachte Mehrverbrauch minimiert wird.
Erfindungsgemaß ist im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung wenigstens eine weitere, insbesondere eine dritte Betriebsemstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung erniedrigten Abgasruckfuhrrate vorgesehen .
Eine im Sinn der Erfindung zu verstehende Betriebsemstellung der Brennkraftmaschine ist durch einen Satz von Brennkraftma- schmenbetriebsparametern charakterisiert, welche den Verlauf der KraftstoffVerbrennung in einem bzw. den Brennraumen der Brennkraftmaschine bestimmen, wobei die besagten Brennkraft- maschmenbetriebsparameter weitgehend und/oder überwiegend unabhängig vom Last-Drehzahlzustand der Brennkraftmaschine einstellbar sind. Die hinsichtlich des Brennverlaufs maßgebenden Brennkraftmaschmenbetriebsparameter betreffen dabei sowohl die Luft- bzw. Gaszufuhr als auch die Kraftstoffzufuhr zu den Brennraumen. Im Einzelnen umfassen die für eine Betriebseinstellung maßgeblichen Brennkraftmaschinenbetriebs- parameter den Umfang einer Abgasruckfuhrung, den Umfang einer Kühlung des ruckgefuhrten Abgases und/oder der Ladeluft einer Aufladeeinheit sowie deren Ladeluftdruck, und die Steuerung von Luftbewegungen im Brennraum, insbesondere hinsichtlich einer Turbulenz in Form eines Dralls, ferner Anzahl, Beginn und Dauer von Kraftstoffeinspritzvorgangen sowie den dabei eingestellten Kraftstoffeinspritzdruck . Weiter sind Steuerzeiten und/oder Hub von den Gaswechsel bestimmenden Ventilen sowie das Kompressionsverhaltnis davon umfasst. Die hierfür erforderlichen Bauteile und Steller, soweit erforderlich, sind dabei als Bestandteil der Brennkraftmaschine anzusehen.
Was das Abgasnachbehandlungssystem anbelangt, so kann als Partikelfilter prinzipiell jedes zur Entfernung von partikel- formigen Abgasbestandteilen geeignete Bauteil eingesetzt werden. Beispielsweise können so genannte Wall-flow-Filter , Sintermetallfilter, Tiefenfilter oder so genannte offene Filtersysteme eingesetzt werden, wobei eine katalytische Beschich- tung vorteilhaft ist. Als Stickoxidverminderungskatalysator kommt insbesondere ein so genannter SCR-Katalysator auf Vana- diumpentoxid- und/oder Edelmetallbasis in Betracht. Es können jedoch auch ein Stickoxidspeicherkatalysator und/oder nicht oder weniger selektive Denox-Katalysatoren eingesetzt werden. Vorzugsweise umfasst das Abgasnachbehandlungssystem weitere katalytische Reinigungseinheiten. Besonders bevorzugt ist ein Oxidationskatalysator , vorzugsweise in motornaher Position.
Als Warmlauf im Sinne des erfindungsgemaßen Verfahrens wird die Betriebsphase nach einem Start der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer eine Aufwarmung charakterisierenden Bauteil- und/oder Betriebsmitteltemperatur verstanden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Temperaturschwellenwert im Abgasnachbehandlungssystem. Bei der erfxndυngsgemaßen dritten Betriebseinsteilung werden die für die Basisbetreibseinstellung vorzugsweise vorgesehenen relativ hohen Abgasruckfuhrraten von etwa 50 % bis 60 % um etwa 10 % bis 40 % verringert, so dass bei der dritten Betriebsemstellung Abgasruckfuhrraten von etwa 10 % bis 45 % bevorzugt sind.
Die dritte Betriebseinstellung kann dabei hinsichtlich einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ausgelegt sein. Hierzu werden vorzugsweise neben der Verminderung der Abgasruckfuhrrate auf etwa 25 % ein oder mehrere weitere Brennkraftmaschinenbetnebsparameter, wie beispielsweise der Beginn einer Kraftstoffhaupteinspritzung und/oder der Kraftstoffeinspritzdruck entsprechend angepasst. Typischerweise wird ein gegenüber der Basisbetπebseinstellung früherer Beginn der Kraftstoffhauptemspritzung eingestellt. Insbesondere bei einer verbrauchsoptimal ausgelegten dritten Betriebsemstellung ist es vorteilhaft, wenn gegenüber der weniger verbrauchsgunstigen Basisbetriebseinstellung der Einspritzdruck um etwa 50 bar bis 500 bar angehoben wird. Eine damit einhergehende eventuelle Verschlechterung der motorischen Rohemission schlagt infolge des dann voll funktionsfähigen Abgasnachbehandlungssystems nicht auf die Gesamtemission (Endrohr-Emission) durch.
Die dritte Betriebseinstellung kann jedoch auch hinsichtlich einer Abgaserwarmung ausgelegt sein. Auch bei dieser Auslegung werden vorzugsweise neben der Verminderung der Abgasruckfuhrrate, in diesem Fall um etwa 10 %, ein oder mehrere weitere Brennkraftmaschinenbetnebsparameter gegenüber der Basisbetriebseinstellung angepasst. Bei dieser Auslegung kann mit der dritten Betriebseinstellung eine beispielsweise aufgrund ungunstiger Fahrzustande drohende oder eingetretene Abkühlung von Abgasreinigungskomponenten vermieden oder beseitigt werden, so dass deren Funktionsfahigkeit nicht beeinträchtigt wird. Vorzugsweise wird eine Abgasruckfuhrrate von etwa 45% bis 55% und damit eine nur wenig kleinere Abgas- ruckfuhrrate als bei der Basisbetπebsemstellung eingestellt. Zusätzlich ist es für einen Warmeeintrag ins Abgas vorteilhaft, eine spate Kraftstoffnacheinspritzung mit einem Spritzbeginn bei etwa 60 0KWnOT bis 160 0KWnOT (Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt) zuzuschalten, wohingegen für die Basisbetπebseinstellung vorzugsweise keine Nacheinspritzung vorgesehen ist.
In Ausgestaltung der Erfindung wird die Brennkraftmaschine zumindest bei einer der im warmgelaufenen Zustand eingestellten Brennverfahren mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als 19:1 betrieben. Vorzugsweise wird die Brennkraftma- schine bei einem Verdichtungsverhältnis von weniger als 18:1 und besonders bevorzugt mit weniger als 17:1 betrieben. Das Verdichtungsverhältnis kann dabei variabel sein, vorzugsweise ist es jedoch aufgrund der Geometrien fest vorgegeben und für alle Zylinder der Brennkraftmaschine gleich groß. Infolge des für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine vergleichsweise geringen Verdichtungsverhältnisses kann die Brennkraftmaschine mit besonders niedriger Stickoxid-Rohemission betrieben werden. Der Stickoxidvermmderungskatalysator kann daher besonders effektiv arbeiten, so dass entsprechend niedrige Stickoxid-Emissionswerte für die Endrohremission ermöglicht sind. Gegebenenfalls kann der Stickoxidvermmderungskatalysa- tor auch kleiner und damit kostengünstiger als bei mit höherem Verdichtungsverhältnis betriebenen Brennkraftmaschinen ausfallen. Ein kleinerer Stickoxidverminderungskatalysator zeigt zudem ein verbessertes Aufwarmverhalten und erleichtert die Unterbringung im Abgassystem. Der Stickoxidvermmderungs- katalysator weist dann vorzugsweise ein Katalysatorvolumen auf, das weniger als das dreifache, besonders bevorzugt wem- ger als das zweifache des Brennkraftmaschinenhubraums beträgt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert, der ein Einsetzen der Wirksamkeit des Stickoxidverminderungskatalysators charakterisiert und dem Brennkraftmaschinenabgas wird im warmgelaufenen Zustand ein Zuschlagstoff zur Stickoxidverminderung stromauf des Stickoxidverminderungskatalysator zugesetzt. Vorzugsweise wird eine Temperatur im Katalysatorbett oder eingangsseitig des Stickoxidverminderungskatalysators erfasst und mit einem abgespeicherten jeweiligen Referenzwert verglichen, der mit der so genannten Anspringtemperatur des Stick- oxidverminderungskatalysators korreliert oder ihr entspricht. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der abgespeicherte Referenzwert entsprechend einem Alterungszustand des Stickoxid- verminderungskatalysators laufend oder von Zeit zu Zeit ange- passt wird. Wird der Referenzwert überschritten, wird das Brennverfahren umgestellt und ein Freigabesignal für die Zufuhr des Zuschlagstoffs gesetzt und gegebenenfalls sofort mit der Zufuhr begonnen. Vorzugsweise ist der Stickoxidver- minderungskatalysator als SCR-Katalysator ausgeführt und der Zuschlagstoff ist Ammoniak, Harnstoff oder ein anderer, zur Freisetzung von Ammoniak befähigter Stoff.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei aktiver Heizbetriebseinstellung bei Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem eine Zuschaltung einer separaten Kraftstoffnachein- spritzung vorgenommen. Vorzugsweise bleiben die anderen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter der Heizbetriebseinstellung unverändert. Damit handelt es sich um eine Variante einer Heizbetriebseinstellung mit einer zusätzlichen Kraftstoffnacheinspritzung . Vorzugsweise ist die zugeschal- tete Kraftstoffnacheinspntzung als spate, nichtmitbrennende Kraftstoffnacheinspritzung mit einem Spritzbeginn von etwa 140 0KWnOT ausgelegt. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt somit unmittelbar nach einem Brennkraftmaschinenstart bei aktiver Heizbetriebseinstellung zunächst ein Brennkraftmaschinenbetrieb ohne spate Nacheinspritzung. Diese wird erst mit Überschreiten des zweiten Temperaturschwellenwerts zugeschaltet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn bereits unmittelbar nach dem Brennkraftmaschinenstart eine frühe, angelagerte und mitbrennende Nacheinspritzung durchgeführt wird, welche auch nach Zuschaltung der spaten Nacheinspritzung aufrechterhalten wird. Bei Zuschalten der spaten Nacheinspritzung ist bereits eine gewisse Aufwarmung erfolgt, so dass eine Ablagerung von gegebenenfalls durch die Nacheinspritzung ins Abgas eingetragenen kondensierbaren Bestandteilen bzw. eine erhöhte HC-Endrohremission vermieden wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert, der ein Einsetzen der Wirksamkeit eines dem Partikelfllter vorgeschalteten Oxidationskatalysators charakterisiert. Vorzugsweise wird eine Temperatur im Katalysatorbett und/oder emgangsseitig des Oxidationskatalysators erfasst und mit einem abgespeicherten jeweiligen Referenzwert verglichen, der mit der Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators korreliert oder ihr entspricht. Somit können die mit der Zuschaltung einer spaten Nacheinspritzung bei aktiver Heizbetriebseinstellung ms Abgas eingebrachten unverbrannten Bestandteile am Oxida- tionskatalysator umgesetzt werden. Dadurch steigt der Warme- eintrag ins Abgas, so dass auch weiter motorfern angeordnete Abgasreinigungseinheiten rasch aufgeheizt werden. Um einen Umsatz von unverbrannten Abgasbestandteilen am Oxidationska- talysator über die Laufzeit sicherzustellen, kann es vorgesehen sein, dass der abgespeicherte Referenzwert entsprechend einem Alterungszustand des Oxidationsskatalysators laufend oder von Zeit zu Zeit angepasst wird. Wird der Referenzwert überschritten, wird die spate Kraftstoffnacheinspritzung zugeschaltet .
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst bei aktiver Heizbetriebseinstellung oder Basisbetriebseinstellung die Kraftstoffeinspritzung wenigstens eine separate Voreinspritzung. Eine der Haupteinspritzung zeitlich vorgelagerte separate Voreinspritzung gewährleistet eine stabile Verbrennung. Dies ist sowohl mit Blick auf die bei der Heizbetriebseinstellung durchgeführte spate Nacheinspritzung, als auch mit Blick auf ein niedriges Kompressionsverhaltnis vorteilhaft.
Eine weitere Stabilisierung der Verbrennung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wenigstens bei aktiver Basisbetriebseinstellung eine doppelte Kraftstoffvoreinspritzung vorgenommen wird.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei aktiver Heizbetriebseinstellung ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung verminderter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt. Diese Maßnahme ermöglicht einen weiter erhöhten Warmeeintrag ins Abgas und damit eine nochmals gesteigerte Aufwarmgeschwindigkeit des Abgasnachbehandlungssystems bei gleichzeitig verminderter NOx-Rohemission .
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei aktiver dritter Betriebseinstellung ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung erhöhter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt. Dadurch kann eine verbesserte Verbrennung in den Brennraumen erzielt werden. Die Erhöhung gegenüber der Basisbetriebseinstellung beträgt typischerweise zwischen 50 bar und 500 bar. Bei Volllast und erhöhten Drehzahlen wird somit typischer- weise der für das Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehene Nenneinspritzdruck erreicht.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist im warmgelaufenen Zustand zusatzlich eine weitere, vierte Betriebseinstellung vorgesehen, wobei bei einem Übergang von der Basisbetriebseinstellung oder von der dritten Betriebseinstellung in die vierte Betriebseinstellung eine spate Kraftstoffnach- einspritzung zugeschaltet wird und/oder die Abgasruckfuhrrate vermindert wird. Die dritte Betriebseinstellung ist dabei verbrauchsoptimiert ausgelegt, wahrend die vierte Betriebseinstellung eine Aufwarmung des Abgases ermöglicht. Vorzugsweise bleiben abgesehen von der zugeschalteten Kraftstoffnacheinspritzung bzw. der verminderten Abgasruckfuhrrate die anderen Brennkraftmaschinenbetπebsparameter der Basisbetriebseinstellung unverändert bestehen.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist zumindest bei einer der im warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Einlasskanalabschaltung vorgesehen. Vorzugsweise wird diese Maßnahme in einem Niedriglastbereich mit weniger als etwa 50 % der Nennlast durchgeführt. Bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen kann jedoch die Einlasskanalabschaltung auch im gesamten Lastbereich vorgesehen sein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem abgeschalteten Einlasskanal um einen so genannten Fullungs- kanal und bei dem nicht abgeschalteten Einlasskanal um einen so genannten Drallkanal. Durch die Abschaltung des Fullungs- kanals wird ein erhöhter Drall der Gaszufuhr und damit eine bessere Verbrennung, ein geringere Partikelemission und ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch erreicht. Die Abschaltung eines Einlasskanals wird vorzugsweise mit abnehmender Last kontinuierlich vorgenommen. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist zumindest bei einer der im warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Beheizung einer einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordneten Gluhkerze vorgesehen. Diese Maßnahme wird vorzugsweise ebenfalls in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine und/oder bei niedriger Außentemperatur vorgenommen. Dadurch ist ein sicheres Entzünden des eingespritzten Kraftstoffs und damit eine niedrige HC-Rohemission und ein niedriger Kraftstoffverbrauch gewahrleistet. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einem niedrigen Kompressionsverhaltnis vorteilhaft.
Vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmaiskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften
Ausfuhrungsform einer Brennkraftmaschine zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausfuhrungsform für ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens,
Fig. 3 ein schematisches Zustandsdiagramm für einen bevorzugten Ablauf des erfindungsgemaßen Verfahrens und
Fig. 4 ein Zeitdiagramm mit beispielhaften Temperaturverlaufen bei verschiedenen Betriebseinstellungen zusammen mit einer zugehörigen Fahrkurve.
Fig. 1 zeigt schematisch eine zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens vorgesehene Brennkraftmaschine 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug unter besonderer Berücksichtigung der Gasfuhrung. Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt als direkteinspritzende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit niedriger Verdichtung ausgeführt. Ein zugeordnetes nicht dargestelltes Einspritzsystem ist vorzugsweise als so genanntes Common-Rail-System mit einstellbarem Raildruck bzw. Kraftstoffeinspritzdruck ausgeführt.
Die Brennkraftmaschine 1 weist mehrere hier auf zwei Zylin- derbanke 2, 3 aufgeteilte Zylinder Z mit jeweils einem Brennraum mit zwei Einlassventilen, zwei Auslassventilen, einer Gluhkerze und einem Kraftstoffinjektor auf, was im Einzelnen nicht naher dargestellt ist. Jedem Zylinder Z sind ein erster Einlasskanal 4 und ein zweiter Einlasskanal 5 zugeordnet, über welche dem jeweiligen Zylinder Z Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Dabei sind die entsprechenden Bauteile der Übersichtlichkeit halber nur beim ersten Zylinder Z mit den zugehörigen Bezugszeichen versehen.
Die Einlasskanale 4, 5 sind an einen für die Zylinder Z der Brennkraftmaschine 1 gemeinsamen Luftzufuhrkanal 6 angeschlossen, wobei der Offnungsquerschnitt eines jeweiligen ersten Einlasskanals 4 von einer für alle Zylinder Z gemeinsamen Einlasskanalabschaltung 7 kontinuierlich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verändert werden kann. Hierfür ist bevorzugt eine verstellbare Klappe vorgesehen. Vorzugsweise ist der jeweils erste Einlasskanal 4 als so genannter Fullungskanal und der zweite Einlasskanal 5 als so genannter Drallkanal ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine 1 erhalt ihre Verbrennungsluft über eine erste Luftzufuhrleitung 8 und eine zweite Luftzufuhrleitung 9, in der jeweils ein Luftmassenmesser 10 angeordnet ist. Die Verbrennungsluft der Luftzufuhrleitungen 8, 9 wird über jeweilige Abgasturbolader 11, 12 verdichtet und einem Ladeluftkuhler 13 zur Kühlung der verdichteten Verbrennungsluft zugeführt. Austrittsseitig ist der Ladeluftkuhler 13 über eine dritte Luftzufuhrleitung 14 mit dem Luftzufuhrkanal 6 verbunden, wobei in der dritten Luftzufuhrleitung 14 eine Drosselklappe 15 angeordnet ist.
In den Brennraumen der Zylinder Z erzeugtes Abgas wird über den Zylinderbanken 2, 3 zugeordnete Abgasleitungen 16, 17 abgeleitet. Dabei kann der Verbrennungsluft über Abgasruck- fuhrleitungen 18, 19 Abgas beigemischt und somit zur Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt werden. Der Anteil des ruckge- fuhrten Abgases (AGR-Rate) kann über AGR-Ventile 20, 21 in den Abgasruckfuhrleitungen 18, 19 sowie über die Drosselklappe 15 eingestellt werden. Vorzugsweise wird das zur Brennkraftmaschine 1 ruckfuhrte Abgas mittels eines AGR-Kuh- lers 22 temperiert, der AGR-Kuhler 22 kann jedoch auch in nicht naher dargestellter Weise umgangen werden. Der Verbrennungsluft kann somit wahlweise gekühltes oder heißes Abgas zugemischt werden. Nicht ruckgefuhrtes Abgas wird über die Abgasturbolader 11, 12 einem Abgasnachbehandlungssystem zugeführt .
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Abgasnachbehandlungssystems ist schematisch in Blockform in Fig. 2 dargestellt. Das Abgasnachbehandlungssystem A umfasst in Stromungsrichtung des Abgases gesehen in dieser Reihenfolge einen Oxidationskatalysator 23, einen Partikelfilter 24, einen SCR-Katalysator 25 und einen Nach- schalldampfer 26. Die genannten Bauteile sind in einer Abgasleitung 27 angeordnet, wobei der Oxidationskatalysator 23 vorzugsweise brennkraftmaschinennah verbaut ist, wahrend der SCR-Katalysator 25 in Unterbodenlage in Bezug auf das zugehörige Kraftfahrzeug angeordnet ist. Zur Dosierung von Ammoniak oder eines zur Freisetzung von Ammoniak befähigten Reduktionsmittels ist ein Reduktionsmitteldosiersystem 32 vorgesehen. Das Reduktionsmittel ist einer Zugabeduse 33 zufuhrbar, von welcher es fein verteilt stromauf des SCR- Katalysators 25 dem Abgas zugesetzt wird.
Die Abgasleitung 27 kann sich brennkraftmaschinenseitig an jeweils einen der Abgasturbolader 11, 12 anschließen. In diesem Fall ist das Abgasnachbehandlungssystem A doppelt vorhanden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Abgaslei- tungen 16, 17 hinter den Abgasturboladern 11, 12 zusammengeführt sind und die Abgasstrome somit gemeinsam der Abgasleitung 27 zugeführt werden. In diesem Fall ist das Abgasnachbehandlungssystem A nur in einfacher Ausfuhrung vorhanden.
Im Abgasnachbehandlungssystem A sind Temperaturfühler 28, 29, 30, 31 vorgesehen, mit welchen die Temperaturen vor dem Oxi- dationskatalysator 23, vor dem Partikelfilter 24, vor dem SCR-Katalysator 30 sowie im SCR-Katalysatorbett erfasst werden können. Daneben können weitere in den Figuren 1, 2 nicht dargestellte Sensoren und Fühler insbesondere für Drucke und Temperaturen in den dem Abgasnachbehandlungssystem A und der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Leitungen und Bauteilen vorgesehen sein.
Um die Brennkraftmaschine 1 optimal betreiben zu können, ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, welche einerseits Informationen über maßgebliche Zustandsgroßen wie z.B. Temperaturen, Drucke von den entsprechenden Sensoren bzw. Fühlern erhalt und andererseits Steuersignale als Einstellgroßen an Aktuatoren wie z.B. die AGR-Ventile 20, 21 oder die Einlasskanalabschaltung 7 ausgeben kann. Insbesondere ist die Steuereinheit in der Lage, die Kraftstoffinjektoren zur Durchfuhrung von Mehrfacheinspritzungen anzusteuern und den Kraftstoffeinspritzdruck bedarfsgerecht einzustellen. Zur Ermittlung der Einstellgroßen kann die Steuereinheit auf abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungsroutinen zurückgreifen. Dabei sind die Steuereinheit sowie die zugehörigen Eingange und Ausgange nicht dargestellt. Die Steuereinheit ist somit in der Lage, die maßgeblichen Betriebsparameter auf der Gaszufuhrseite als auch hinsichtlich der Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit von den erfassten Zustandsgroßen einzustellen und damit den Verbrennungsablauf in den Brennrau- men der Brennkraftmaschine 1 gezielt und bedarfsgerecht zu beeinflussen .
Erfindungsgemaß sind für einen Schadstoffarmen und sparsamen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 verschiedene Betriebsem- stellungen vorgesehen, wobei ein Satz von zu einer bestimmten Betriebseinstellung gehörenden vorgegebenen Brennkraftmaschinenbetriebsparameter mit jeweils vorgegebenen Werten einem bestimmten, der jeweiligen Betπebsemstellung zugeordnetem Brennverfahren entspricht. Werden die zu einer jeweiligen Betriebseinstellung gehörenden vorgegebene Werte für die vorgegebenen Brennkraftmaschmenbetriebsparameter eingestellt, so wird das entsprechende Brennverfahren aktiv. Eine Umstellung von einem Brennverfahren auf ein anderes, d.h. von einer Betriebseinsteilung in eine andere, wird bei Vorliegen vorgebbarer Umschaltkriterien vorgenommen. Diese Umschalt- kriterien betreffen im Wesentlichen das Überschreiten bzw. Unterschreiten von vorgebbaren Temperaturschwellenwerten von Bauteil- oder Betriebsmitteltemperaturen. Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Vorgehensweise anhand eines in Fig. 3 dargestellten Zustandsdiagramms erläutert.
In Fig. 3 bezeichnen BVl, BVIa, BV2 , BV3, BV4 verschiedene Betriebseinstellungen bzw. Brennverfahren und die Übergänge von einem Brennverfahren auf ein anderes erfolgen gemäß den eingezeichneten Pfeilen. Dabei sind die für einen Übergang maßgeblichen Umschaltkriterien mit Tl, T2, T3, T4 bezeichnet und vorzugsweise durch entsprechende Temperaturschwellenwerte bestimmt. Dementsprechend wird die Brennkraftmaschine 1 wie folgt betrieben.
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 wird zunächst eine erste Heizbetriebseinstellung bzw. ein erstes Heizbrennverfahren BVl eingestellt, das zur raschen Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems A ausgelegt ist. Dabei wird unter einem Kaltstart das Vorliegen eines abgekühlten Abgasnachbehandlungssystems A und/oder eines abgekühlten Kuhlmittels bei einem Start der Brennkraftmaschine 1 verstanden. Typischerweise liegen dabei im Abgasnachbehandlungssystem A und insbesondere stromauf des Partikelfllters 24 Temperaturen unterhalb etwa 1800C vor und das Kuhlmittel ist auf Temperaturen unterhalb von etwa 500C abgesunken. Bei aktivem ersten Heizbrennverfahren BVl steigen diese Temperaturen rasch an und es wird bei Vorliegen eines ersten Umschaltkri- teriums T2 mit BVIa eine zweite Heizbetriebseinstellung (zweites Heizbrennverfahren) als eine Variante des ersten Heizbrennverfahrens BVl eingestellt. Bei Vorliegen eines zweiten Umschaltkriteriums Tl ist ein warmgelaufener Zustand erreicht und es wird auf eine Basisbetriebsemstellung (Basisbrennverfahren) BV2 übergegangen, welche gegenüber den Heizbrennverfahren BVl, BVIa deutlich kraftstoffsparender ausgelegt ist, jedoch eine weitere leichte Erwärmung des Abgasnachbehandlungssystems A ermöglicht. Das Vorliegen eines dritten Umschaltkriteriums T3 kennzeichnet einen voll funktionsfähigen Zustand des Abgasnachbehandlungssystems A und bewirkt einen Übergang in ein drittes Brennverfahren BV3 mit dritten Betriebseinstellungen, wobei BV3 hinsichtlich einer Verbrauchsoptimierung ausgelegt ist. Tritt aufgrund ungunstiger Fahrbedingungen ausgehend vom Basisbrennverfahren BV2 oder vom dritten Brennverfahren BV3 eine Abkühlung im Abgasnachbehandlungssystem A derart ein, dass vorgebbare Reinigungskennzahlen wie beispielsweise eine Schadstoffum- setzung unterschritten werden, so liegt ein viertes Umschaltkriterium T4 vor. In diesem Fall erfolgt ein Übergang auf ein viertes Brennverfahren BV4 mit vierten Betriebsein- stellungen, wobei BV4 gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 eine verstärkte Heizwirkung für das Abgasnachbehandlungssystem A aufweist. Ist infolge der Einstellung des vierten Brennverfahrens BV4 eine hinreichende Aufwarmung erfolgt, so wird mit dem Vorliegen des zweiten Umschaltkriteriums Tl wieder in das Basisbrennverfahren BV2 übergegangen.
Nachfolgend wird auf bevorzugte Auslegungen der einzelnen Umschaltkriterien eingegangen.
Das für den Übergang vom ersten Heizbrennverfahren BVl auf das zweiten Heizbrennverfahren BVIa maßgebende erste Umschaltkriterium T2 liegt vorzugsweise vor, wenn der Oxidationskatalysator 23 ein Mindestumsatzvermogen hinsichtlich einer Oxidation von unverbrannten Abgasbestandteilen aufweist, d.h. seine Anspringtemperatur überschritten hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig des Partikelfilters 24 oder eingangsseitig des Oxidationskatalysators 23 ein Temperaturschwellenwert von etwa 180 0C überschritten wird, was mittels des Temperaturfühler 29 bzw. des Temperaturfühler 28 ermittelt wird.
Das für den Übergang vom zweiten Heizbrennverfahren BVIa auf das Basisbrennverfahren BV2 maßgebende zweite Umschaltkriterium Tl liegt vorzugsweise dann vor, wenn der SCR-Katalysator 25 ein Mindestumsatzvermogen hinsichtlich eines Stickoxidumsatzes aufweist, d.h. seine Anspringtemperatur überschritten hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn eingangsseitig des SCR-Katalysators 25 oder im SCR-Katalysatorbett ein Temperaturschwellenwert von etwa 220 °C überschritten wird, was mittels des Temperaturfühler 30 bzw. des Temperaturfühler 31 ermittelt wird. In diesem Fall wird die Zugabe von Reduktionsmittel ms Abgasnachbehandlungssystem A freigegeben. Gegebenenfalls wird das Reduktionsmitteldosiersystem 32 für eine sofortige Dosierung des Reduktionsmittels entsprechend angesteuert.
Das für den Übergang vom Basisbrennverfahren BV2 auf das dritte Brennverfahren BV3 maßgebende dritte Umschaltknte- rium T3 liegt vorzugsweise dann vor, wenn der SCR-Kataly- sator 25 sein maximales Umsatzvermogen wenigstens annähernd erreicht hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn ein- gangsseitig des SCR-Katalysators 25 oder im SCR-Katalysator- bett ein Temperaturschwellenwert von etwa 250 0C überschritten wird, was mittels des Temperaturfühler 30 bzw. des Temperaturfühler 31 ermittelt wird.
Das für den Übergang vom Basisbrennverfahren BV2 oder vom dritten Brennverfahren BV3 auf das vierte Brennverfahren BV4 maßgebende vierte Umschaltkriterium T4 liegt vorzugsweise dann vor, wenn der SCR-Katalysator 25 ein vorgebbares Mm- destumsatzvermogen unterschritten hat. Dies ist typischerweise der Fall, wenn emgangsseitig des SCR-Katalysators 25 oder im SCR-Katalysatorbett ein Temperaturschwellenwert von etwa 210 0C unterschritten wird, was mittels des Temperaturfühler 30 bzw. des Temperaturfühler 31 ermittelt wird. Dieser Temperaturschwellenwert liegt somit geringfügig unter der dem als Umschaltkriterium Tl dienenden Temperaturschwellenwert. Dadurch wird eine gewisse Hysterese geschaffen und ein zu häufiges Umschalten insbesondere zwischen dem Basisbrennverfahren BV2 und dem vierten Brennverfahren BV4 vermieden.
Wie erwähnt, ist das vierte Brennverfahren BV4 für eine Erwärmung des Abgasnachbehandlungssystems A ausgelegt. Ist diese ausreichend erfolgt, wird daher wie in Fig. 3 dargestellt wieder das Basisbrennverfahren BV2 eingestellt. Hierfür ist vorzugsweise das Vorliegen des bereits beim Zustandsubergang vom zweiten Heizbrennverfahren BVIa zum Basisbrennverfahren BV2 erläuterten Umschaltkriteπums Tl maßgebend.
Nachfolgend wird auf bevorzugte Ausgestaltungen der Betriebseinstellungen, d.h. auf bevorzugte Auslegungen der einzelnen Brennverfahren eingegangen, wobei das Basisbrennverfahren BV2 als Ausgangspunkt dient. Bei der Erläuterung der anderen Brennverfahren wird Bezug auf die im Basisbrennverfahren BV2 eingestellten Brennkraftmaschmenbetriebsparameter genommen und auf die wichtigsten Unterschiede eingegangen.
Das Basisbrennverfahren BV2 ist bevorzugt für eine niedrige Stickoxid- (NOx-) Rohemission ausgelegt. Dies ermöglicht besonders niedrige NOx-Endrohremissionswerte auch bei noch nicht optimal wirksamem SCR-Katalysator 25. Hierfür ist es vorteilhaft, eine vergleichsweise spate Lage des Verbrennungsschwerpunkts einzustellen. Im Einzelnen sind folgende Kraftstoffeinspritzparameter bevorzugt. Es ist eine Haupt¬ einspritzung und wenigstens eine zeitlich von der Hauptein¬ spritzung abgesetzte Voreinspritzung vorgesehen. Auf eine Nacheinspritzung wird verzichtet. Vorzugsweise wird ein vergleichsweise spater Beginn der Haupteinspritzung eingestellt. Bei mittlerer Brennkraftmaschinenlast und -Drehzahl sind etwa 2 0KWnOT bis etwa 6 0KWnOT typische Werte. Besonders bevorzugt ist dabei ein Haupteinspritzbeginn bei etwa 4 0KWnOT. Für die wenigstens eine Voreinspritzung wird vorzugsweise ein Einspritzbeginn zwischen 3 0KW und 7 0KW vor dem Einspritzbeginn der Haupteinspritzung eingestellt. Besonders bevorzugt ist es, im Basisbrennverfahren BV2 zwei einzelne voneinander und von der Haupteinspritzung abgesetzte Voreinspritzungen vorzusehen. Um eine möglichst niedrige NOx-Rohemission zu erzielen, ist es außerdem vorgesehen, die der Brennkraftmaschine 1 zugefuhrte Verbrennungsluft zumindest bei Niedriglast und bei mittlerer Last vergleichsweise stark mit Abgas anzureichern, d.h. vergleichsweise hohe Abgasruckfuhrraten (AGR-Raten) einzustellen. Dabei ist eine mit zunehmender Last, ausgehend von etwa 65 % bei Niedriglast bis Null % bei Volllast, abnehmende AGR-Rate vorgesehen. Dabei werden die ruckgefuhrten Abgase über den AGR-Kuhler geleitet, d.h. es wird eine gekühlte Abgasruckfuhrung eingestellt. Mit den eingestellten Betriebsparametern kann eine hinsichtlich der NOx-Bildung optimale Verbrennung erreicht werden, welche jedoch thermodynamisch nicht optimiert ist, so dass bei eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 eine gewisse Erwärmung des Abgasnachbehandlungssystems A erfolgt.
Demgegenüber ist das dritte Brennverfahren BV3 hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert. Im Vergleich zum Basisbrennverfahren BV2 wird ein früherer Haupteinspritzbeginn eingestellt. Bevorzugt ist ein Haupteinspritzbeginn im Bereich des oberen Totpunkts oder bei etwa 2 0KWvOT für eine mittlere Brennkraftmaschinenlast und -Drehzahl. Gleichzeitig wird eine verminderte AGR-Rate eingestellt. Bevorzugt liegt diese im dritten Brennverfahren BV3 bei etwa 25 %. Für eine aus thermodynamischer Sicht verbesserte Verbrennung wird zudem gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 bei vergleichbaren Lastpunkten der Kraftstoffeinspritzdruck um 50 bar bis 500 bar erhöht. Wobei, wie auch bei den anderen Brennverfahren, vorzugsweise ein mit zunehmender Brennkraftmaschinenlast zunehmender Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt wird. Die weiteren Einstellungen bleiben gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 vorzugsweise unverändert. Somit ist auch für das dritte Brennverfahren BV3 vorzugsweise wenigstens eine separate Voreinspritzung vorgesehen. Im Gegensatz zum dritten Brennverfahren BV3 ist das vierte Brennverfahren BV 4 auf eine verstärkte Aufheizung des Abgasnachbehandlungssystems A abgestellt. Dies wird durch Zuschal- tung einer spaten Nacheinspritzung erreicht, die vorzugsweise als nicht mitbrennende Nacheinspritzung ausgeführt ist. Bevorzugt wird ein Nacheinspritzbeginn im Bereich von 60 0KWnOT bis 160 0KWnOT eingestellt. Besonders bevorzugt ist ein Nacheinspritzbeginn im Bereich von 110 0KWnOT bis 150 0KWnOT. Der nacheingespritzte Kraftstoff wird dabei nicht mehr von der Verbrennung im Brennraum erfasst und gelangt im Wesentlichen chemisch unverändert, jedoch in verdampfter Form ins Abgas. Im Abgasnachbehandlungssystem kann eine Nachverbrennung, beispielsweise am Oxidationskatalysator 23 stattfinden, wodurch eine Aufwarmung erzielt wird. Als zusatzliche Maßnahme wird eine gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 leicht verminderte AGR-Rate von typischerweise 40 % bis 50 % eingestellt. Die weiteren Einstellungen bleiben gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 vorzugsweise unverändert. Somit ist auch für das vierte Brennverfahren BV4 vorzugsweise wenigstens eine separate Voreinspritzung vorgesehen.
Eine gegenüber dem vierten Brennverfahren BV4 gesteigerte Heizwirkung wird durch das erste Heizbrennverfahren BV 1 erzielt. Was die Kraftstoffeinspritzparameter betrifft, so wird eine einzelne abgesetzten Voreinspritzung mit einem Spritzbeginn von etwa 5 0KW vor dem Beginn der Haupteinspritzung sowie ein im Vergleich zum Basisbrennverfahren BV2 spaterer Haupteinspritzbeginn eingestellt. Bevorzugt ist ein Haupteinspritzbeginn bei etwa 7 0KWnOT. Außerdem wird eine angelagerte oder mitbrennende Nacheinspritzung durchgeführt. Darunter ist eine Nacheinspritzung mit einem Nacheinspritzbeginn unmittelbar oder nur wenige Grad KW nach Beendigung der Haupteinspritzung zu verstehen. Die nacheingespritzte Kraftstoffmenge wird daher von der Verbrennung der Haupt- einspritzung erfasst. Soweit die Verbrennung drehmomentwirksam erfolgt, wird die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs derart angepasst, dass das abgegebene Drehmoment möglichst unverändert bleibt und somit Drehmomentschwankungen durch einen Wechsel ins vierte Brennverfahren vermieden werden. Die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs liegt dabei vorzugsweise in der Größenordnung der Kraftstoffmenge der Haupteinspritzung. Vorzugsweise wird im ersten Heizbrennverfahren BVl zudem ein gegenüber dem Basisbrennverfahren BV2 erniedrigter Einspritzdruck eingestellt. Bevorzugt ist eine Einspritzdruckverminderung um etwa 30 % bis 50 %. Die AGR-Rate wird vorzugsweise ähnlich wie beim vierten Brennverfahren BV4 eingestellt. Dabei kann unmittelbar nach Beginn des Kaltstarts eine ungekuhlte Abgasruckfuh- rung vorgesehen sein und nach Erreichen einer vorgebbaren Abgastemperatur vor dem Oxidationskatalysator 23 auf eine gekühlte Abgasruckfuhrung umgeschalten werden.
Hat der Oxidationskatalysator 23 seine Anspringtemperatur erreicht, so wird zusätzlich zu den Einstellungen des ersten Heizbrennverfahrens BVl eine separate, spate Kraftstoffnach- einspritzung analog dem vierten Brennverfahren BV4 zugeschaltet. Die Zuschaltung der Nacheinspritzung erfolgt typischerweise, wenn eingangs des Oxidationskatalysators 23 oder eingangs des Partikelfilters 24 eine Temperatur von etwa 180 °C überschritten wird, was durch Einlesen der von den Temperaturfühlern 28, 29 gelieferten Messwerte festgestellt wird. Durch eine Nachoxidation der mit der Nacheinspritzung dem Abgas zugesetzten unverbrannten Kraftstoffbestandteilen wird der Warmeeintrag ins Abgas nochmals gesteigert. Dadurch erreichen dem Oxidationskatalysator 23 nachgeordnete Bauteile rasch ihre Betriebstemperatur. Ist dies der Fall, wird zum Basisbrennverfahren BV2 gewechselt. Typischerweise erfolgt dies, wenn vor dem SCR-Katalysator 25 oder in dessen Katalysatorbett eine Temperatur von etwa 220 0C überschritten wird.
Um eine weiter gesteigerte Heizwirkung im ersten und/oder im zweiten Heizbrennverfahren zu erzielen, kann eine zumindest zeitweise Beheizung von den Brennraumen der Brennkraftmaschine zugeordneten Gluhkerzen vorgesehen sein. Diese Maßnahme ist insbesondere bei vergleichsweise kaltem Motor vorteilhaft und wird vorzugsweise ergriffen, wenn die Temperatur des zur Brennkraftmaschinenkuhlung eingesetzten Kuhlmittels einen vorgebbaren Wert von beispielsweise 50 0C unterschreitet. Eine Beheizung der Gluhkerzen kann jedoch auch bei entsprechenden Fahrbedingungen bei aufgewärmter Brennkraftmaschine vorgesehen sein. Beispielsweise kann zusatzlich zu den genannten Einstellungen im Basisbrennverfahren BV2 und/oder im dritten Brennverfahren BV3 und/oder im vierten Brennverfahren BV4 ein so genanntes Zwischengluhen mit beheizten Gluhkerzen vorgesehen sein, wenn Fahrbedingungen vorliegen, bei denen die Brennkraftmaschine abkühlt oder abzukühlen droht. Dies kann beispielsweise bei niedriger Teillast, insbesondere in Verbindung mit niedrigen Außentemperaturen der Fall sein.
In Fig. 4 ist in Diagrammform ein mit dem erfindungsgemaßen Verfahren im Abgasnachbehandlungssystem A erzielter Temperaturverlauf im Vergleich mit einem Temperaturverlauf bei durchgehend eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 zusammen mit einer zugehörigen Fahrkurve dargestellt. Dabei gibt die mit 36 bezeichnete Fahrkurve die Fahrgeschwindigkeit v eines mit der Brennkraftmaschine 1 und dem Abgasnachbehandlungssystem A gemäß den Figuren 1 und 2 ausgestatteten Kraftfahrzeugs an. Die Spur 34 repräsentiert den Temperaturverlauf bei der erfindungsgemaßen Vorgehensweise mit Einstellung der unterschiedlichen Brennverfahren BVl, BVIa, BV2 , BV3 und BV4 gemäß der am oberen Rand des Diagramms entsprechend bezeichneten Zeitabschnitte, bei denen das jeweils angegebene Brennverfahren aktiv ist. Im Vergleich hierzu repräsentiert die gestrichelt dargestellte Spur 35 einen Temperaturverlauf, wie er sich bei durchgehend eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 ergibt. Dabei repräsentieren die Spuren 34, 35 eine jeweils mit dem Temperaturfühler 30 eingangsseitig des SCR-Kataly- sators 25 erfasste Abgastemperatur TSCR-
Gemäß dem Verlauf der Spur 34 steigt die Temperatur TSCR vor dem SCR-Katalysator 25 ausgehend von einem Kaltstart (tθ) bei eingestelltem ersten Heizbrennverfahren BVl mit kurzer Verzögerung rasch an. Der Temperaturanstieg setzt sich nach dem Übergang in das Brennverfahren BVIa zum Zeitpunkt tl fort, obwohl gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit v abnimmt. Zum einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt t2 wird daher die Anspringtemperatur TA des SCR-Katalysators 25 erreicht und es kann eine Dosierung von Harnstoff-Wasserlosung ins Abgas erfolgen. Somit ist bereits zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt einerseits ein Übergang zum verbrauchsgunstigen Basisbrennverfahren BV2 als auch eine Stickoxidverminderung ermöglicht. Bei aktivem Basisbrennverfahren BV2 steigt bei moderaten Fahrgeschwindigkeiten v die Temperatur TSCR weiter an. Es kann daher relativ rasch nach erfolgtem Kaltstart zum Zeitpunkt t3 zum verbrauchsoptimierten Brennverfahren BV3 übergegangen werden. Bei den im Zeitbereich zwischen t3 und t4 auftretenden niedrigen Fahrgeschwindigkeiten v wird nur wenig Warme ms Abgas eingetragen, wodurch sich die Temperatur TSCR vermindert. Ein Absinken der Temperatur des SCR- Katalysators 25 unter seine Anspringtemperatur TA wird jedoch vermieden, indem zum Zeitpunkt t4 zum Brennverfahren BV4 mit Heizwirkung übergegangen wird. Dabei tritt trotz weiterhin niedriger Fahrgeschwindigkeit v eine Temperaturerhöhung des SCR-Katalysators 25 auf, so dass er wieder in den Bereich seiner optimalen Wirksamkeit gelangt.
Demgegenüber kann mit einem konstant eingestelltem Basisbrennverfahren BV2 keine befriedigende Erwärmung des SCR- Katalysators 25 erzielt werden, wie ein Vergleich mit dem Temperaturverlauf der Spur 35 zeigt. Die Temperatur des SCR- Katalysators 25 überschreitet lediglich für kurze Zeit die Anspringtemperatur TA, weshalb keine effektive Stickoxidverminderung erreicht werden kann. Hingegen ist durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise sowohl ein niedriger Kraftstoffverbrauch als auch ein niedriger Schadstoffaustoß ermöglicht.
Als weitere Maßnahme zur Verbesserung des Brennverlaufs kann vorgesehen sein, bei aufgewärmtem Zustand im Teillastbereich eine Einlasskanalabschaltung vorzunehmen. Das Ergreifen dieser Maßnahme wird vorzugsweise an das Vorliegen einer Mindesttemperatur von beispielsweise 40 0C des Kühlmittels geknüpft. Bei der Einlasskanalabschaltung wird mit abnehmender Brennkraftmaschinenlast der Querschnitt jeweils eines Einlasskanals 4 der Zylinder Z mittels einer Klappe zunehmend verringert. Vorzugsweise wird die Einlasskanalabschaltung in einem Lastbereich unterhalb von etwa 50 % der Nennlast aktiviert. Durch diese Maßnahme wird der Drall der in die Zylinder Z der Brennkraftmaschine 1 strömenden Verbrennungsluft gesteigert und damit der Kraftstoffverbrauch und die Rohemission erniedrigt.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer luftverdichtenden Einspritzbrennkraftmaschine (1) der ein Abgasnachbehandlungssystem (A) mit einem Partikelfilter (24) und einem Stickoxidverminderungskatalysator (25) zugeordnet ist, mit mehreren Brennkraftmaschinenbetriebseinstellungen mit jeweils vorgegebenen Werten für vorgegebene Brennkraftmaschinenbetriebsparameter , wobei bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine (1) eine Heizbetriebseinstellung (BVl; BVIa) und im warmgelaufenen Zustand eine Basisbetriebseinstellung (BV2) eingestellt wird, ein Übergang von der Heizbetriebseinstellung (BVl; BVIa) zur Basisbetriebseinstellung (BV2) bei Überschreiten eines vorgebbaren ersten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem (A) vorgenommen wird und
- im warmgelaufenen Zustand zusätzlich zur Basisbetriebseinstellung (BV2) wenigstens eine weitere, insbesondere dritte Betriebseinstellung mit einer gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) erniedrigten Abgasrückführrate vorgesehen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) zumindest bei einer der im warmgelaufenem Zustand eingestellte Betriebseinstellungen mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als 19:1 betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert ist, der ein Einsetzen der Wirksamkeit des Stickoxidverminde- rungskatalysators (25) charakterisiert und dem Brennkraftmaschinenabgas im warmgelaufenen Zustand ein Zuschlagstoff zur Stickoxidverminderung stromauf des Stickoxidverminderungskatalysators (25) zugesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung bei Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Temperaturschwellenwertes im Abgasnachbehandlungssystem (A) eine Zuschaltung einer separaten Kraftstoffnacheinspritzung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperaturschwellenwert ein Temperaturwert ist, der ein Einsetzen der Wirksamkeit eines dem Partikelfilter (24) vorgeschalteten Oxidationskatalysators (23) charakterisiert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung (BVl; BVIa) oder Basisbetriebseinstellung (BV2) die Kraftstoffeinspritzung wenigstens eine separate Voreinspritzung umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei aktiver Basisbetriebseinstellung (BV2) eine doppelte Kraftstoffvoreinspritzung vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver Heizbetriebseinstellung (BVl; BVIa) ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) verminderter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiver dritter Betriebseinstellung ein gegenüber der Basisbetriebseinstellung (BV2) erhöhter Kraftstoffeinspritzdruck eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im warmgelaufenen Zustand zusätzlich eine weitere, vierte Betriebseinstellung vorgesehen ist, wobei bei einem Übergang von der Basisbetriebseinstellung (BV2) oder von der dritten Betriebseinstellung in die vierte Betriebseinstellung eine späte Kraftstoffnacheinspritzung zugeschaltet wird und/oder die Abgasrückführrate vermindert wird .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer der für den warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Einlasskanalabschaltung vorgesehen ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer der für den warmgelaufenen Zustand vorgesehenen Betriebseinstellungen eine zumindest zeitweise Beheizung einer einem Brennraum der
Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Glühkerze vorgesehen ist.
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