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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine. Das Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden.
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Moderne Dieselmotoren für Abgasnormen EU6 und anspruchsvoller sind üblicherweise mit einer Hockdruck-Abgasrückführungsanordnung (verbindet üblicherweise die Auslassseite unmittelbar stromabwärts der Brennkammer mit der Einlassseite unmittelbar stromaufwärts der Brennkammer) und einer Niederdruck-Abgasrückführungsanordnung (verbindet üblicherweise die Auslassseite stromabwärts einer Abgasturbine eines Abgasturboladers mit der Einlassseite stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers) ausgerüstet. Der alternative oder gemeinsame Betrieb dieser sogenannten externen Abgasrückführungsanordnungen kann in stationären oder wenig dynamischen Betriebsverläufen die Stickoxid-Rohemissionen wirksam absenken.
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Insbesondere nach langen Schubphasen (eine Schubphase zeichnet sich dadurch aus, dass - obwohl Luftdurchsatz vorhanden ist - eine Zugabe von Kraftstoff nicht erforderlich ist, da die Bewegung der Verbrennungskraftmaschine durch die über den Antriebsstrang aufgezwungene Drehung aufrechterhalten wird) können sich die Abgasrückführungsleitungen mit Frischluft füllen. Das ist auf Gaspulsationen in der Abgasanlage (Auslassseite) und Saugstrecke (Einlassseite) sowie darauf zurückzuführen, dass die Abgasrückführungsventile nicht vollständig dicht schließen.
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Erfolgt nach dieser langen Schubphase ein Wiedereinsetzen der Verbrennungskraftmaschine (also ein Antrieb der Verbrennungskraftmaschine durch Zündvorgänge in der mindestens einen Brennkammer) und damit ein positiver Lastsprung, so kann zumindest eine Abgasrückführungsanordnung mit der Einlassseite zur Einstellung einer Soll-EGR-Rate (Soll-„exhaust gas return“-Rate) verbunden werden. Bis zum Entleeren eines Volumens der Abgasrückführungsanordnung wird dabei nicht der im eingeschwungenen Zustand „normale“ bzw. gewünschte Inertgasanteil zur Einlassseite zurückgeführt. Aufgrund der in die Abgasrückführungsanordnung eingetragenen Frischluft ist der tatsächliche Inertgasanteil (Anteil an Abgas) im Brennraum für eine bestimmte Anzahl von Brennraumfüllungen kleiner als im eingeschwungenen Zustand, so dass ein temporärer Anstieg der Stickoxid-Rohemissionen zu beobachten ist.
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Dieser Effekt ist in schwächerer Form auch bei positiven Lastsprüngen ausgehend von niedrigen Lasten hin zu hohen Lasten (Drehmomenten an der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine) zu beobachten. Auch hier können temporäre Spitzen von Stickoxid-Rohemissionen auftreten.
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Daher sollte das jeweilige Volumen der externen Abgasrückführungsanordnungen so gering wie möglich sein. Ein nahezu verzögerungsfreies Folgen der Ist-Inertgasrate zu einer Soll-Inertgasrate ist aber aus geometrischen Gründen nicht möglich, weil der Gastransport von der Auslassseite zur Einlassseite stets ein gewisses Volumen in der Transportstrecke (Abgasrückführungsanordnung) bedingt.
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Aus der
WO 2007/056784 A1 bekannt, in einem niedrigen und mittleren Lastbereich einer Brennkraftmaschine eine sogenannte interne Abgasrückführung durchzuführen. Dabei wird Abgas über ein Ventil der Auslassseite in die Brennkammer zurückgeführt. Dazu wird das Ventil im Ansaugtakt der Brennkammer geöffnet, um Abgas von der Auslassseite über das Ventil zurück in die Brennkammer zu saugen. Dies erfolgt insbesondere bei Drehzahlen von weniger als 2.500 Umdrehungen/Minute und Lasten von weniger als 150 Newtonmetern. Dieses rückgeführte Abgas ist ungekühlt, so dass eine Rückführung des Abgases bei höheren Lasten und damit bei höheren Abgastemperaturen die Füllungstemperatur ungünstig anheben würde, so dass die Stickoxid-Minderung durch die Inertgas-Zumischung durch den Stickoxid-Anstieg infolge höherer Brenntemperaturen in der Brennkammer überkompensiert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen werden, durch das Stickoxid-Emissionen weiter gesenkt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, vorgeschlagen. Das Verfahren wird bevorzugt in einem Kraftfahrzeug durchgeführt. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst zumindest eine Einlassseite, mindestens eine Brennkammer, eine Auslassseite für ein Abgas, zumindest ein Ventil an der Auslassseite und mindestens eine Abgasrückführungsanordnung zur Rückführung eines Abgases von der Auslassseite zur Einlassseite. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Feststellen eines positiven Lastsprunges;
- b) Öffnen des mindestens einen Ventils an der Auslassseite während zumindest eines Arbeitsspiels in der mindestens einen Brennkammer, so dass Abgas von der Auslassseite über das Ventil in die Brennkammer angesaugt wird.
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Eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Dieselmotor, umfasst insbesondere zumindest eine Einlassseite, mindestens eine Brennkammer, eine Auslassseite für ein Abgas, zumindest ein Ventil an der Auslassseite und mindestens eine Abgasrückführungsanordnung (ggf. auch zwei Abgasrückführungsanordnungen, z. B. eine Hockdruck- und eine Niederdruck-Abgasrückführungsanordnung) zur Rückführung eines Abgases von der Auslassseite zur Einlassseite. Frischluft wird über die Einlassseite, z. B. über ein Saugrohr, der mindestens einen Brennkammer zugeführt. In der Brennkammer erfolgen die Zündvorgänge des Kraftstoffs mit Luft, wobei ein in der Brennkammer bewegter Kolben eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine antreibt. Das infolge der Verbrennungsvorgänge in der Brennkammer entstehende Abgas wird über das mindestens eine Ventil einer Auslassseite zugeführt. Die Auslassseite schließt an bzw. umfasst eine Abgasleitung, die über eine Abgasrückführungsanordnung mit der Einlassseite zur Rückführung eines Abgases verbindbar ist.
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Ein Lastsprung ist insbesondere eine Veränderung des auf die Kurbelwelle wirkenden Drehmoments innerhalb eines Zeitraums. Dieser entsteht insbesondere bei dem Übergang von einer Schubphase zu einer Zugphase, wobei bei einer Zugphase die Kurbelwelle durch Einspritzung von Kraftstoff und durch Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches (hin zu höheren Drehzahlen) beschleunigt wird. Der Lastsprung bezeichnet insbesondere eine Veränderung des auf die Kurbelwelle wirkenden Drehmoments, z. B. um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 20 %, insbesondere innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, z. B. innerhalb 1 Sekunde, bevorzugt innerhalb 0,5 Sekunden.
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Wird ein solcher positiver Lastsprung festgestellt und/oder ausgeführt, erfolgt gemäß Schritt b) ein Öffnen des mindestens einen Ventils an der Auslassseite, insbesondere (ausschließlich) während des Ansaugtaktes mindestens eines Arbeitsspiels (Arbeitsspiel z. B. eines Viertaktmotors: Ansaugen, Verdichten und Zünden, Arbeiten, Ausstoßen). Damit kann Abgas in die Brennkammer zurückgefördert werden, so dass der Anteil an Inertgas in der Brennkammer für den nächsten Zündvorgang gesteigert bzw. eingestellt werden kann.
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Insbesondere kann das Maß der Öffnung und/oder die Dauer der Öffnung geregelt werden, so dass eine vorbestimmbare Menge an Abgas über das Ventil wieder in die Brennkammer eingesaut werden kann.
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Hier wird also insbesondere vorgeschlagen, eine interne Abgasrückführungsanordnung einzurichten, durch die Abgas von der Auslassseite direkt in die Brennkammer überführbar ist. Damit kann der zur Verminderung der Stickoxid-Emissionen erforderliche Anteil an Inertgas in der Brennkammer eingestellt werden, obwohl ggf. über die mindestens eine externe Abgasrückführungsanordnung nahezu ausschließlich Frischluft (und eben kein Inertgas) bereitgestellt werden kann.
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Während Schritt b) kann über die mindestens eine (externe) Abgasrückführungsanordnung das Abgas über die Einlassseite in die mindestens eine Brennkammer zurückgeführt werden. Dabei kann die in der mindestens einen Abgasrückführungsanordnung vorliegende Frischluft sukzessive der Brennkammer zugeführt werden, wobei sich die Abgasrückführungsanordnung ausgehend von der Auslassseite wieder mit Abgas als Inertgas füllt.
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In Schritt b) kann das mindestens eine Ventil über eine Mehrzahl (z. B. eine genau bestimmbare Anzahl) von Arbeitsspielen zum Ansaugen von Abgas in die mindestens eine Brennkammer geöffnet werden.
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Insbesondere kann das Ventil während 1 bis 15 Arbeitsspielen, bevorzugt während 5 bis 15 Arbeitsspielen, (jeweils während des Ansaugtaktes eines Arbeitsspiels) geöffnet werden. Danach kann davon ausgegangen werden, dass über die mindestens eine externe Abgasrückführungsanordnung inertes Gas in ausreichender bzw. vorbestimmter Menge bereitgestellt ist.
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Insbesondere wird die Anzahl von in Schritt b) durchgeführten Arbeitsspielen in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden ersten Parameter ermittelt:
- - ein erstes Volumen der mindestens einen ersten Abgasrückführungsanordnung (je größer das erste Volumen, desto mehr Frischluft ist dort ggf. enthalten, die sukzessive in die Brennkammer überführt werden muss);
- - zu einem Zeitpunkt des Schrittes b) vorliegender Anteil an einem Inertgas in der mindestens einen Abgasrückführungsanordnung (ggf. ist hier noch ein Anteil von Inertgas enthalten, wobei dieser Anteil durch über das Ventil zugeführtes Abgas ergänzt werden kann);
- - eine Dauer einer unmittelbar vor Schritt a) vorliegenden Schwachlastphase oder Schubphase (je länger diese Dauer ist, desto mehr Frischluft hat sich ggf. in der Abgasrückführungsanordnung angesammelt);
- - ein Soll-Inertgasanteil in dem mindestens einen Brennraum;
- - ein Gegendruck in einem an der Einlassseite vorliegenden Saugrohr (dieser Gegendruck kann den Frischlufteintrag in die Abgasrückführungsleitung beeinflussen);
- - ein Abgasgegendruck an der Auslassseite (dieser Abgasgegendruck kann den Frischlufteintrag in die Abgasrückführungsleitung beeinflussen);
- - eine Temperatur in einem an der Einlassseite vorliegenden Saugrohr (die Temperatur kann dazu führen, dass eine weitere Erhöhung der Gemischtemperatur durch das über das Ventil zugeführte Abgas die Stickoxid-Emissionen erhöht);
- - eine Abgastemperatur (die Abgastemperatur kann dazu führen, dass eine weitere Erhöhung der Gemischtemperatur durch das über das Ventil zugeführte Abgas die Stickoxid-Emissionen erhöht);
- - eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine (die Drehzahl und/oder die Veränderung der Drehzahl kann den Bedarf an Inertgas infolge des Lastsprunges charakterisieren);
- - eine an einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine vorliegenden Last (die Last und/oder die Veränderung der Last charakterisiert den Lastsprung).
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Die (anhand des mindestens einen ersten Parameters) ermittelte Anzahl von Arbeitsspielen kann in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden zweiten Parameter korrigiert werden:
- - mindestens ein Messwert einer an der Auslassseite (möglichst nahe zur mindestens einen Brennkammer) angeordneten Lambdasonde (wenn der Lambda-Messwert höher ist als erwartet, können mehr Arbeitsspiele gemäß Schritt b) durchgeführt werden; wenn der Lambda-Messwert geringer ist als erwartet, kann Schritt b), also das Öffnen des Ventils im Ansaugtakt, schneller bzw. sofort beendet werden);
- - ein Brennkammerdruckverlauf.
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Insbesondere kann der Brennkammerdruckverlauf mit einem Drucksensor oder über eine Auswertung der Veränderung der Drehzahl während einer Kurbelwellenumdrehung (kurbelwellenwinkelaufgelöster Drehzahlverlauf) ermittelt werden. Dabei kann die Anzahl der Arbeitsspiele erhöht werden, wenn der Spitzendruck bzw. der Druckanstieg höher ist als erwartet. Umgekehrt kann die Anzahl der Arbeitsspiele verringert werden, wenn der Spitzendruck bzw. der Druckanstieg geringer ist als erwartet.
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Die Anzahl von Arbeitsspielen kann zumindest durch eine Modellierung unter Berücksichtigung des mindestens einen ersten Parameters ermittelt werden. Modellierung heißt hier insbesondere, dass der erste Parameter keine direkte Regelung der Inertgas-Zuführung erlaubt, sondern nur im Zusammenhang mit weiteren Faktoren bzw. zumindest einem ersten Parameter und zumindest einem zweiten Parameter zur Durchführung des Schrittes b) herangezogen werden kann.
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Eine Überwachung des Inertgasanteils in der mindestens einen Abgasrückführungsleitung könnte z. B. mittels einer Lambdasonde erreicht werden. Mit einer Lambdasonde könnte dann das Verfahren, also die Einleitung des Schrittes b) genau eingestellt werden. Derartige Lambdasonden sind allerdings kostspielig, so dass insbesondere auf die Messwerte bereits vorhandener Sensoren zurückgegriffen werden sollte.
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Insbesondere wird das Verfahren unabhängig von einer Drehzahl einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und unabhängig von einer an der Kurbelwelle anliegenden Last durchgeführt. Das Verfahren wird insbesondere ausschließlich in Abhängigkeit von dem Lastsprung durchgeführt bzw. eingeleitet. Der Lastsprung kann bei jeder Drehzahl und unabhängig von dem Maß der Veränderung der Last als Ausgangspunkt des Verfahrens angenommen werden. Wird also ein Lastsprung festgestellt, wird (direkt bzw. unmittelbar) unabhängig von der Drehzahl und unabhängig von dem Maß der Veränderung der Last Schritt b) eingeleitet. Gleichwohl wird Schritt b) aber nicht durchgeführt, wenn aufgrund fehlender vorausgegangener Schubphasen davon ausgegangen werden kann, dass Frischluft nur in unwesentlicher Menge in den Abgasrückführungsanordnungen vorliegt.
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Zudem wird ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine zumindest eine Einlassseite, mindestens eine Brennkammer, eine Auslassseite für ein Abgas, zumindest ein variabel ansteuerbares Ventil an der Auslassseite und mindestens eine Abgasrückführungsanordnung zur Rückführung eines Abgases von der Auslassseite zur Einlassseite sowie eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit ist zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens (vorgesehen und) eingerichtet, wobei durch die Steuereinheit ein positiver Lastsprung erkennbar und das Ventil über die Steuereinheit zur Durchführung des Schrittes b) des Verfahrens betätigbar ist.
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Die Ausführungen zu dem Verfahren gelten gleichermaßen für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine;
- 2: einen Ventilhub in Abhängigkeit von dem Arbeitsspiel;
- 3: einen zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter; und
- 4: einen zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter mit Zuschaltung einer internen Abgasrückführungsanordnung.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 25 mit einer ersten (Niederdruck-) Abgasrückführungsanordnung 7 und einer zweiten (Hochdruck-) Abgasrückführungsanordnung 8.
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Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist eine Einlassseite 2 und eine Auslassseite 4 sowie zumindest ein variabel ansteuerbares Ventil 6 an der Auslassseite 4 und hier zwei externe Abgasrückführungsanordnungen 7, 8 zur Rückführung des Abgases 5 von der Auslassseite 4 zur Einlassseite 2 auf. Weiter ist eine Steuereinheit 27 vorgesehen. Durch die Steuereinheit 27 ist ein positiver Lastsprung 9 erkennbar und das Ventil 6 über die Steuereinheit 27 zur Durchführung des Schrittes b) des Verfahrens betätigbar. Über die Einlassseite 2 tritt ein Gasgemisch in die Brennkammern 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 ein. Über die Auslassseite 4 tritt das Abgas 5 in die Abgasleitung ein. Die Abgasleitung verbindet die Auslassseite 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 mit mehreren Abgasbehandlungseinheiten 36 und mit der Umgebung, an die das Abgas 5 letztendlich abgeführt wird. Die erste Abgasrückführanordnung 7 ist eine Niederdruck-Abgasrückführanordnung, die stromabwärts des Abgasturboladers 35 von der Abgasleitung abzweigt und zumindest einen Teilabgasstrom der Einlassseite 2 wieder zuführt. Über eine Frischluftzuführung wird der Einlassseite 2 Frischluft 34 zugeführt. Der Abgasturbolader 35 wird über das Abgas 5 in der Abgasleitung angetrieben und dient der Verdichtung des über die Frischluftzuführung und/oder die erste Abgasrückführanordnung 7 zugeführten Gases (Abgas 5, Frischluft 34, etc.).
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Die erste Abgasrückführanordnung 7 weist eine Abgasbehandlungseinheit 36 (z. B. einen Filter), einen Kühler 37 sowie ein Niederdruck-Abgasrückführungs-(ND-AGR-)Ventil 32 auf.
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Zwischen dem Verdichter des Abgasturboladers 35 und der Einlassseite 2 ist eine Drosselklappe 28 angeordnet. Die Einlassseite 2 umfasst ein Saugrohr 15 und einen Kühler 37.
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Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst zusätzlich eine zweite Abgasrückführanordnung 8 auf, die einerseits mit der Abgasleitung stromaufwärts des Abgasturboladers 35 und andererseits mit der Einlassseite 2 stromabwärts des Verdichters, stromabwärts der Drosselklappe 28 und stromabwärts des Ladeluftkühlers 37, strömungsleitend verbunden ist. Die zweite Abgasrückführanordnung 8 ist eine Hochdruck-Abgasrückführanordnung 8, die Abgas 5 von der Auslassseite 4 über die Einlassseite 2 zu den Brennkammern 3 zurückführt. Die zweite Abgasrückführanordnung 8 weist ein Hochdruck-Abgasrückführungs-(HD-AGR-)Ventil 49 auf, über das die zweite Abgasrückführanordnung 8 schließbar ist.
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Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 wird Frischluft 34 über die Einlassseite 2, bzw. über das Saugrohr 15, den Brennkammern 3 zugeführt. In den Brennkammern 3 erfolgen die Zündvorgänge, wobei ein in jeder Brennkammer 3 bewegter Kolben eine Kurbelwelle 26 der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibt. Das infolge der Verbrennungsvorgänge in der Brennkammer 3 entstehende Abgas 5 wird über das Ventil 6 einer Auslassseite 4 zugeführt.
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Wird ein positiver Lastsprung 9 (siehe 3 und 4) festgestellt, erfolgt gemäß Schritt b) ein Öffnen des mindestens einen Ventils 6 an der Auslassseite 4. Damit kann Abgas 5 in die Brennkammer 3 zurückgefördert werden, so dass der Anteil an Inertgas in der Brennkammer 3 für den nächsten Zündvorgang gesteigert bzw. eingestellt werden kann.
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Hier wird also insbesondere vorgeschlagen, eine interne Abgasrückführungsanordnung einzurichten, durch die Abgas 5 von der Auslassseite 4 direkt in die Brennkammer 3 überführbar ist. Damit kann der zur Verminderung der Stickoxid-Emissionen 44 erforderliche Anteil an Inertgas in der Brennkammer 3 eingestellt werden, obwohl ggf. über die externen Abgasrückführungsanordnung 7, 8 nahezu ausschließlich Frischluft 34 (und eben kein Inertgas) bereitgestellt werden kann.
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Bei der Steuerung der Aktivität 47 der internen Abgasrückführungsanordnung über die Umschaltvorrichtung 31, die über die Steuereinheit 27 betätigt wird, können z. B. die folgenden ersten Parameter 11 berücksichtigt werden: Ein Volumen 12 der jeweiligen Abgasrückführungsanordnung 7, 8, eine Dauer einer unmittelbar vor Schritt a) vorliegenden Schwachlastphase oder Schubphase 13, ein Gegendruck 14 in einem an der Einlassseite 2 vorliegenden Saugrohr 15, ein Abgasgegendruck 16 an der Auslassseite 4, eine Temperatur 17 in einem an der Einlassseite 2 vorliegenden Saugrohr 15, eine Abgastemperatur 18, eine Drehzahl 19 einer Kurbelwelle 26 der Verbrennungskraftmaschine 1, eine an einer Kurbelwelle 26 der Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegenden Last 20.
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Die (anhand des mindestens einen ersten Parameters 11) ermittelte Anzahl von Arbeitsspielen 10 kann in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden zweiten Parameter 21 korrigiert werden: Mindestens einem Messwert 22 einer an der Auslassseite 4 (möglichst nahe zur mindestens einen Brennkammer 3) angeordneten Lambdasonde 23, eines über einen Drucksensor 29 oder mit einem Drehzahlmesser 30 - über eine Auswertung der Veränderung der Drehzahl 19 während einer Kurbelwellenumdrehung (kurbelwellenwinkelaufgelöster Drehzahlverlauf) - gemessenen Brennkammerdruckverlauf 24.
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Das Kraftfahrzeug 25 kann weitere Drucksensoren 29, Temperatursensoren 33 und Lambdasonden 23 aufweisen.
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2 zeigt einen Ventilhub 38 in Abhängigkeit von dem Arbeitsspiel 10. Auf der vertikalen Achse ist der Ventilhub 38 und auf der horizontalen Achse der Kurbelwellenwinkel 41 (0 bis 360 Winkelgrad) aufgetragen. Das Arbeitsspiel 10 umfasst vier Takte, wobei hier der zunächst das Arbeiten (bis zum unteren Totpunkt 42), dann das Ausstoßen des Abgases 5 aus der Brennkammer 3 (Ventil 6 geöffnet; zwischen unterem Totpunkt 42 und oberem Totpunkt 43), daraufhin das Ansaugen (Einlassventil offen, Ventil 6 teilweise geöffnet; zwischen oberem Totpunkt 43 und unterem Totpunkt 42) und abschließend das Verdichten (nach unterem Totpunkt 42) erfolgt. Der erste Verlauf 39 zeigt den Ventilhub 38 des Ventils 6, über das die Brennkammer 3 mit der Auslassseite 4 verbindbar ist. Der zweite Verlauf 40 zeigt den Ventilhub 38 eines Einlassventils, über das die Brennkammer 3 mit der Einlassseite 2 verbindbar ist.
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Wird also ein positiver Lastsprung 9 (siehe 3 und 4) festgestellt, erfolgt gemäß Schritt b) ein zumindest teilweises Öffnen des mindestens einen Ventils 6 an der Auslassseite 4 während des Ansaugens über das Einlassventil. Damit kann Abgas 5 in die Brennkammer 3 zurückgefördert werden, so dass der Anteil an Inertgas in der Brennkammer 3 für den nächsten Zündvorgang gesteigert bzw. eingestellt werden kann.
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3 zeigt einen zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter, wobei hier keine Aktivität 47 einer internen Abgasrückführungsanordnung vorliegt.
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Auf der vertikalen Achse sind Stickoxidemissionen 44, Sauerstoffgehalt 45 in der Brennkammer 3 (nach dem Ansaugen, vor dem Zünden), Ventilstellung 46 des ND-AGR-Ventils 32 sowie die Last 20 aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 48 aufgetragen.
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Nach einer Schubphase 13 können sich die Abgasrückführungsanordungen 7, 8 mit Frischluft 34 füllen. Erfolgt nach dieser Schubphase 13 ein Wiedereinsetzen der Verbrennungskraftmaschine 1 und damit ein positiver Lastsprung 9 auf eine höhere Last 20, so wird zumindest eine Abgasrückführungsanordnung 7 über das ND-AGR-Ventil 32 mit der Einlassseite 2 zur Einstellung einer Soll-EGR-Rate (Soll-„exhaust gas return“-Rate) verbunden. Bis zum Entleeren eines Volumens 12 der Abgasrückführungsanordnung 7 wird aber nicht der im eingeschwungenen Zustand „normale“ bzw. gewünschte Inertgasanteil zur Einlassseite 2 zurückgeführt. Aufgrund der in die Abgasrückführungsanordnung 7 eingetragenen Frischluft 34 ist der tatsächliche Inertgasanteil (Anteil an Abgas 5) im Brennraum 3 für eine bestimmte Anzahl von Brennraumfüllungen kleiner als im eingeschwungenen Zustand (Sauerstoffgehalt 45 bleibt weiter hoch), so dass ein temporärer Anstieg der Stickoxidemissionen 44 zu beobachten ist.
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4 zeigt einen zeitlichen Verlauf verschiedener Parameter mit Zuschaltung einer internen Abgasrückführungsanordnung. Auf der vertikalen Achse sind Stickoxidemissionen 44, Sauerstoffgehalt 45 in der Brennkammer 3 (nach dem Ansaugen, vor dem Zünden), Ventilstellung 46 des ND-AGR-Ventils 32, die Last 20 sowie die Aktivität 47 der internen Abgasrückführungsanordnung aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 48 aufgetragen. Auf die Ausführungen zu 3 wird Bezug genommen.
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Im Unterschied zu 3 wird hier eine interne Abgasrückführungsanordnung eingesetzt. Gemäß Schritt a) des Verfahrens erfolgt nach der Schubphase 13 ein Feststellen eines positiven Lastsprunges 9 auf eine höhere Last 20. Daraufhin erfolgt in Schritt b) ein Öffnen des mindestens einen Ventils 6 an der Auslassseite 4 während zumindest eines Arbeitsspiels 10 in der mindestens einen Brennkammer 3, so das Abgas 5 von der Auslassseite 4 über das Ventil 6 in die Brennkammer 3 ansaugbar ist. Die Aktivität 47 verdeutlicht die Zeit 48, in der das Ventil 6 auch dann zumindest teilweise geöffnet ist, während die Brennkammer 3 über ein Einlassventil mit der Einlassseite 2 verbunden ist. Erkennbar wird auch hier eine Abgasrückführungsanordnung 7 über das ND-AGR-Ventil 32 mit der Einlassseite 2 zur Einstellung einer Soll-EGR-Rate (Soll-„exhaust gas return“-Rate) verbunden. Bis zum Entleeren eines Volumens 12 der Abgasrückführungsanordnung 7 liegt die Aktivität 47 der internen Abgasrückführungsanordnung vor, so dass der Sauerstoffgehalt 45 in der Brennkammer 3 und die Stickoxidemissionen 44 reduziert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungskraftmaschine
- 2
- Einlassseite
- 3
- Brennkammer
- 4
- Auslassseite
- 5
- Abgas
- 6
- Ventil
- 7
- erste Abgasrückführungsanordnung
- 8
- zweite Abgasrückführungsanordnung
- 9
- Lastsprung
- 10
- Arbeitsspiel
- 11
- erster Parameter
- 12
- erstes Volumen
- 13
- Schubphase
- 14
- Gegendruck
- 15
- Saugrohr
- 16
- Abgasgegendruck
- 17
- Temperatur
- 18
- Abgastemperatur
- 19
- Drehzahl
- 20
- Last
- 21
- zweiter Parameter
- 22
- Messwert
- 23
- Lambdasonde
- 24
- Brennkammerdruckverlauf
- 25
- Kraftfahrzeug
- 26
- Kurbelwelle
- 27
- Steuereinheit
- 28
- Drosselklappe
- 29
- Drucksensor
- 30
- Drehzahlmesser
- 31
- Umschaltvorrichtung
- 32
- ND-AGR-Ventil
- 33
- Temperatursensor
- 34
- Frischluft
- 35
- Abgasturbolader
- 36
- Abgasbehandlungseinheit
- 37
- Kühler
- 38
- Ventilhub
- 39
- erster Verlauf
- 40
- zweiter Verlauf
- 41
- Kurbelwellenwinkel
- 42
- unterer Totpunkt
- 43
- oberer Totpunkt
- 44
- Stickoxidemission
- 45
- Sauerstoffgehalt
- 46
- Ventilstellung
- 47
- Aktivität iAGR
- 48
- Zeit
- 49
- HD-AGR-Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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