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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
DE 101 652 383 A1 offenbart eine Anordnung zur Nachbehandlung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer Einrichtung zur Beseitigung von Partikeln und Stickoxiden, wobei die Abgase die Einrichtung durchströmen können. Stromaufwärts der Einrichtung ist ein über eine Abgasleitung mit der Einrichtung verbundenes Mittel zur Reduktion von Stickoxiden nahe der Brennkraftmaschine anordnenbar, so dass das Mittel im Vergleich zur Einrichtung stärker durch die Abgase erwärmt werden kann und somit das Mittel Stickoxide in Betriebssituationen der Brennkraftmaschine reduzieren kann, in denen die Einrichtung hierzu nicht aktiv wird, insbesondere bei niedriger Last und/oder niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine.
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Ferner ist der
US 2009/0070003 A1 eine Einrichtung zum Steuern eines Betriebszustands eines Katalysators eines Abgastrakts einer Verbrennungskraftmaschine als bekannt zu entnehmen, wobei die Einrichtung Mittel zum Erfassen einer Temperatur stromauf des Katalysators umfasst. Ferner umfasst die Einrichtung Mittel, um Kraftstoff zu einem Moment in den Abgastrakt einzubringen, wenn die Abgastemperatur stromauf des Katalysators zu einer Zündtemperatur eines Katalysators in einem normalen Betriebszustand korrespondiert. Zudem umfasst die Einrichtung Mittel, um eine Hitzemenge zu steuern, welche von einer Reaktion in dem Katalysator als Resultat des Einbringens des Kraftstoffs resultiert, wobei die Mittel zum Einbringend es Kraftstoffes ein entsprechendes Kraftstoffzuführsystem umfassen, welches in dem Abgastrakt stromauf des Katalysators angeordnet ist.
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Ferner ist es aus dem Serienbau von Kraftwagen bekannt, zeitlich nach einer Haupteinspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eine Nacheinspritzung durchzuführen, bei welcher Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, um damit die Temperatur eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen dabei den Nachteil auf, dass es zu einer unerwünscht hohen Beaufschlagung des Abgases mit Kraftstoff kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welches ein präziseres Beaufschlagen des Abgases der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen wird zur Erhöhung der Temperatur eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine mittels einer Einspritzeinrichtung zeitlich nach einer Haupteinspritzung zumindest eine Nacheinspritzung einer Menge an Kraftstoff in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. Die Haupteinspritzung dient dabei zumindest überwiegend dazu, die Verbrennungskraftmaschine zu betreiben und ein gewünschtes Drehmoment sowie eine gewünschte Leistung bereitzustellen. Dazu wird eine bestimmte Menge an Kraftstoff in den Brennraum, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist, eingespritzt, wodurch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Zylinder gebildet wird, welches anschließend durch Selbstzündung oder Fremdzündung mittels einer Zündeinrichtung gezündet wird und verbrennt, woraus ein Abgas resultiert. Dieses Abgas strömt dann in einen Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine.
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Die Nacheinspritzung dient zumindest überwiegend dazu, die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Dazu wird eine bestimmte Menge an Kraftstoff, welche insbesondere geringer ist als die Menge des Kraftstoffs, welche bei der Haupteinspritzung in den Brennraum eingespritzt wird, in den Brennraum einspritzt und somit das resultierende Abgas mit dem Kraftstoff und damit mit den in Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffen (HC) beaufschlagt, wobei dieser Kraftstoff zumindest teilweise durch das heiße Abgas entzündet wird und verbrennt, woraus die Erhöhung der Temperatur des Abgases resultiert.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zusätzlich das den Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine durchströmende Abgas mittels einer zumindest teilweise im Abgastrakt angeordneten Dosiereinrichtung, wobei es sich beispielsweise um einen HC-Dosierer handelt, durch eine Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt mit Kraftstoff beaufschlagt wird. Dies führt ebenso zu einer Erhöhung der Temperatur des Abgases. Eine solche Erhöhung der Temperatur des Abgases dient beispielsweise dazu, einen im Abgastrakt angeordneten Partikelfilter von aufgefangenen Partikeln zu reinigen, was als Regenerieren oder Freibrennen bezeichnet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es infolge der Kombination der späten Nacheinspritzung und der Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt zur Erhöhung der Temperatur des Abgases die Dosiereinrichtung lediglich für eine durchschnittliche und damit relativ kleine Menge an in den Ansaugtrakt einzuspritzendem Kraftstoff auszulegen, was eine höhere Dosiergenauigkeit des in den Abgastrakt einzuspritzenden Kraftstoffes ermöglicht. Mit anderen Worten ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, lediglich besonders kleine Mengen an Kraftstoff mittels der Dosiereinrichtung in den Abgastrakt einspritzen zu müssen, so dass die Dosiereinrichtung auf diese kleinen Mengen ausgelegt und abgestimmt werden kann. Dieses Auslegen und Abstimmen auf nur geringe Mengen an in den Abgastrakt einzuspritzenden Kraftstoff ermöglicht es, eine sehr hohe Dosiergenauigkeit der Dosiereinrichtung auszubilden, wodurch die Menge des in den Abgastrakt einspritzenden Kraftstoffs sehr präzise und bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Dies vermeidet das Eindringen und Einspritzen einer unerwünscht hohen Menge an Kraftstoff in den Abgastrakt.
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Mittels der Dosiereinrichtung müssen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich geringe Mengen an Kraftstoff in den Ansaugtrakt eingebracht werden, da die Dosiereinrichtung nicht alleinig durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Abgastrakt für die Erhöhung der Temperatur des Abgases sorgt, sondern die späte Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum im Rahmen der Nacheinspritzung zur Erhöhung der Temperatur des Abgases lediglich unterstützt beziehungsweise unterstützen muss.
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Würde die Dosiereinrichtung alleinig dazu genutzt werden, um durch Einspritzen von Kraftstoff in den Abgastrakt die Temperatur des Abgases zu erhöhen, so müsste die Dosiereinrichtung für größere Mengen an in den Abgastrakt einzuspritzendem Kraftstoff ausgelegt werden, um in bestimmten Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine eine ausreichend hohe Menge an Kraftstoff in den Abgastrakt einspritzen zu können. Dies würde zu unvermeidbaren und höheren Fertigungstoleranzen führen, als es bei der Auslegung der Dosiereinrichtung für dem gegenüber kleinere Mengen an in den Abgastrakt einzuspritzenden Kraftstoff der Fall ist. Diese Fertigungstoleranzen würden dann zu Steuerungs- beziehungsweise Regelungsabweichungen einer in den Abgastrakt einzuspritzenden Ist-Menge von einer gewünschten in den Abgastrakt einzuspritzenden Soll-Menge bewirken, so dass das Abgas mit einer unerwünscht hohen Menge an Kraftstoff beaufschlagt werden würde. Diese Problematik ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens reduziert oder vermieden.
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Die Möglichkeit, besonders geringe Mengen an Kraftstoff in den Abgastrakt mittels der Dosiereinrichtung einzuspritzen und die damit einhergehende, höhere Dosiergenauigkeit ermöglicht es, als die Dosiereinrichtung eine Dosierpumpe einzusetzen, um Kraftstoff in den Abgastrakt einzuspritzen. Eine Verwendung einer Dosiereinrichtung mit Ventilen ist nicht vonnöten. Dies hält die Komplexität, die Teileanzahl und das Gewicht der Verbrennungskraftmaschine gering und erlaubt eine noch höhere Dosiergenauigkeit.
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Umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Abgasrückführeinrichtung, mittels welcher Abgas von dem Abgastrakt zu einer Ansaugseite und in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist, so birgt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass eine unerwünscht hohe Beaufschlagung und damit Belastung des rückzuführenden Abgases mit Kraftstoff vermieden werden kann. Dadurch sind in der Folge unerwünschte Ablagerungen in der Abgasrückführeinrichtung vermieden, so dass diese eine sehr hohe Funktionserfüllung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg aufweist und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Abgasrückführeinrichtung oder eine negative Beeinträchtigung dieser infolge der Ablagerungen reduziert oder vermieden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung, bei welcher zur Erhöhung der Temperatur eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine eine Nacheinspritzung einer Menge an Kraftstoff sowie eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden.
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Die Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit drei Zylindern 12. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 saugt diese Luft aus der Umgebung gemäß einem Richtungspfeil 14 an, welche durch einen Ansaugtrakt 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 hindurch zu den Zylindern 12 strömt. Bevor die Luft in die Zylinder 12 einströmt, wird sie mittels eines in dem Ansaugtrakt 16 angeordneten Luftfilters 18 gereinigt.
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Stromab des Luftfilters 18 ist ein Ansaugmodul 20 im Ansaugtrakt 16 angeordnet, welches die Luft auf die Zylinder 12 verteilt. Ist die Luft in die Zylinder 12 eingeströmt, wird die Luft zur Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mittels jeweiliger, den Zylindern 12 zugeordneter Injektoren 22 mit Kraftstoff beaufschlagt, in dem der Kraftstoff mittels der Injektoren 22 direkt in die jeweiligen Zylinder 12 eingespritzt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet, bei welchem eine Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern 12 stattfindet. Ein entsprechender Zündzeitpunkt hängt dabei ab von einem so genannten Einspritzzeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff in die Zylinder 12 eingespritzt wird. An die Zündung schließt sich eine Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches beziehungsweise der Luft-Kraftstoff-Gemische in den Zylindern 12 an, woraus ein Abgas resultiert, das aus den Zylindern 12 aus und in einen Abgastrakt 26 der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmt. Im Abgastrakt 26 ist ein Abgaskrümmer 24 angeordnet, in welchen das Abgas einströmt und welche das Abgas weiter durch den Abgastrakt 26 leitet.
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Bevor das Abgas gemäß einem Richtungspfeil 28 aus dem Abgastrakt 26 an die Umgebung ausströmt, wird es mittels eines in dem Abgastrakt 26 angeordneten Dieselpartikelfilters 30 gereinigt. Der Dieselpartikelfilter 30 filtert dabei Partikel aus dem Abgas heraus. Infolge dieses Filterns lagern sich in dem Dieselpartikelfilter 30 Partikel ab, so dass ein so genannter Belegungsgrad des Dieselpartikelfilters 30 steigt.
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Mit steigendem Belegungsgrad steigt auch ein Abgasgegendruck für die Verbrennungskraftmaschine 10 an. Mit anderen Worten muss die Verbrennungskraftmaschine 10 mit steigendem Belegungsgrad gegen den steigenden Abgasgegendruck arbeiten. Damit der Abgasgegendruck nicht unerwünschterweise zu hoch ansteigt, kann der Dieselpartikelfilter 30 regeneriert werden, indem er freigebrannt wird. Durch dieses Freibrennen werden die Partikel aus dem Dieselpartikelfilter 30 entfernt.
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Zum Regenerieren des Partikelfilters 30 wird die Temperatur des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 10 erhöht. Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß der Figur wird dazu zeitlich nach einer Haupteinspritzung, welche zumindest überwiegend dazu dient, ein bestimmtes Drehmoment und eine bestimmte Leistung der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitzustellen, eine Nacheinspritzung mittels der Injektoren 22 in die Zylinder 12 durchgeführt. Bei dieser Nacheinspritzung wird eine bestimmte Menge an Kraftstoff in die Zylinder 12 direkt eingespritzt. Diese jeweilige Menge, welche in die Zylinder 12 eingespritzt wird, ist dabei beispielsweise geringer, als eine Menge, die bei der Haupteinspritzung in die jeweiligen Zylinder 12 eingespritzt wird. Diese Nacheinspritzung wird besonders spät durchgeführt, so dass der durch die Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff durch das heiße Abgas, welches aus der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches aus der angesaugten Luft und des Kraftstoffs aus der Haupteinspritzung gebildet ist, entzündet wird und in diesem besonders heißen Zustand in den Abgastrakt 26 strömen kann.
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Zusätzlich wird dieses heiße, den Abgastrakt 26 durchströmende Abgas mittels einer in dem Ansaugtrakt 26 angeordneten Dosiereinrichtung 32 mit Kraftstoff beaufschlagt, in dem Kraftstoff gemäß einem Richtungspfeil 34 mittels der Dosiereinrichtung 32 in den Abgastrakt 26 eingespritzt wird.
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Dieses Einspritzen von Kraftstoff in den Abgastrakt 26 führt zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur des Abgases, da der in den Abgastrakt 26 eingespritzte Kraftstoff durch das den Abgastrakt 26 durchströmende Abgas entzündet wird und/oder der Kraftstoff von dem den Abgastrakt 26 durchströmenden Abgas zu dem Dieselpartikelfilter 30 transportiert wird, an welchem sich der Kraftstoff dann entzündet. Der Dieselpartikelfilter 30 wird damit mit einer sehr hohen Temperatur beaufschlagt und freigebrannt und auf dieser Art und Weise regeneriert.
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Da die Erhöhung der Temperatur des Abgases durch die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt 26 mittels der Dosiereinrichtung 32 lediglich die Erhöhung des Abgases durch die Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 12 und damit diese Nacheinspritzung unterstützt, werden lediglich sehr geringe Mengen an Kraftstoff in den Abgastrakt 26 mittels der Dosiereinrichtung 32 eingespritzt. Daher kann die Dosiereinrichtung 32 konstruktiv und/oder bezüglich einer Steuerung beziehungsweise Regelung der Dosiereinrichtung 32 auf besonders geringe Mengen an in den Abgastrakt 26 einzuspritzendem Kraftstoff ausgelegt werden, wodurch eine sehr hohe Dosiergenauigkeit realisiert ist. Mit andern Worten kann die in den Abgastrakt 26 mittels der Dosiereinrichtung 32 einzuspritzende Menge an Kraftstoff besonders präzise in den Abgastrakt 26 eingespritzt und dem Abgas zudosiert werden. Dadurch kann eine Beaufschlagung des den Abgastrakt 26 durchströmenden Abgas mit einer unerwünscht hohen Menge an Kraftstoff vermieden werden. Dies führt zu einer Vermeidung eines unerwünscht hohen Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine 10. Mit anderen Worten kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie die CO2-Emissionen gering gehalten werden. Darüber hinaus sind infolge der Vermeidung der Beaufschlagung des Abgases mit einer unerwünscht hohen Menge an Kraftstoff unerwünschte Ablagerungen in eine Abgasrückführeinrichtung 36 der Verbrennungskraftmaschine 10 vermeidbar.
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Wie der Figur zu entnehmen ist, weist die Verbrennungskraftmaschine 10 die Abgasrückführeinrichtung 36 auf, mittels welcher Abgas vom Abgastrakt 26 über eine in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 26 stromab des Dieselpartikelfilters 30 angeordnete Entnahmestelle 38 zum Ansaugtrakt 16 rückführbar und über eine in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Ansaugmoduls 20 angeordnete Einleitstelle 40 in den Ansaugtrakt 16 einleitbar, so dass die von der Verbrennungskraftmaschine 10 angesaugte Luft mit dem rückgeführten Abgas beaufschlagbar ist. Dies führt zu einer Absenkung von Emissionen, insbesondere von Stickoxid- und Partikel-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 10. Aufgrund der Reduzierung oder Vermeidung der unerwünschten Ablagerungen infolge von sich in dem rückgeführten Abgas befindenden Kraftstoff weist die Abgasrückführeinrichtung eine sehr gute Funktionserfüllung auf. So kann eine Menge an rückzuführendem Abgas mittels eines Abgasrückführventils 42 der Abgasrückführeinrichtung 36 besonders präzise und bedarfsgerecht eingestellt und an entsprechende Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 angepasst werden.
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Durch die Erhöhung der Temperatur des Abgases durch die späte Nacheinspritzung mittels der Injektoren 22 sowie durch die Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt 26 mittels der Dosiereinrichtung 32 ist eine so genannte Kaskadeneinspritzung von Kraftstoff realisiert, wodurch das Abgas stufenweise mit Kohlenwasserstoffen (HC) des Kraftstoffs beaufschlagt wird.
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Infolge der sehr hohen Dosiergenauigkeit der Dosiereinrichtung 32 kann als Dosiereinrichtung 32 eine Dosierpumpe ohne Ventil eingesetzt werden, welche die Komplexität und damit die Kosten sehr gering hält sowie eine besonders hohe Dosiergenauigkeit ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 101652383 A1 [0002]
- US 2009/0070003 A1 [0003]
