DE10249755A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung und Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine dahingehend weiterzubilden, daß insbesondere eine weitere Reduzierung der Rußemission unabhängig vom Typ der Brennkraftmaschine, also bei unterschiedlichsten Typen von Brennkraftmaschinen, erzielt wird, wird vorgeschlagen, daß die Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der erfaßten Partikelrohemission der Brennkraftmaschine unmittelbar nach einer Haupteinspritzung während des Verbrennungsvorgangs (angelagerte Nacheinspritzung) geregelt erfolgt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 4.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff geht beispielsweise aus der DE 196 36 507 A1 hervor. Hierbei erfolgt eine Nacheinspritzung einer vorgegebenen Menge Kraftstoffs nach der eigentlichen Einspritzung. Diese Kraftstoffmenge wird mit dem Abgas ausgestoßen und reagiert in einem Katalysator zusammen mit anderen Abgasbestandteilen, insbesondere Stickoxid, zu unschädlichen Bestandteilen.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, während des Verbrennungsvorgangs durch eine unmittelbar nach der Haupteinspritzung erfolgende Kraftstoff-Nacheinspritzung, die Zahl der Rußpartikel zu reduzieren. Durch diese Kraftstoff-Nacheinspritzung wird die Brennraumtemperatur erhöht und dadurch der Abbrand entstandener Rußpartikel gefördert. Diese Vorgehensweise findet insbesondere bei Dieselmotoren mit Common-Rail-Einspritztechnik Anwendung.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß der Einfluß der Nacheinspritzung auf die gesamte Rußemission stark vom Typ der Brennkraftmaschine abhängig ist. So existieren Baureihen, bei denen nur ein geringer Einfluß feststellbar ist. Bei wiederum anderen kann die Reduktion der Rußemission bei entsprechend applizierter Nacheinspritzung 40 bis 60 % betragen.
  • Aufgabe der Erfindung
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch angelagerte Nacheinspritzung in der Spätphase der Verbrennung weiterzubilden, um insbesondere eine weitere Reduzierung der Rußemission im wesentlichen unabhängig vom Typ der Brennkraftmaschinen, also bei unterschiedlichen Typen von Brennkraftmaschinen zu erzielen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4.
  • Grundidee der Erfindung ist es, eine Regelung/Adaption der unmittelbar nach einer Haupteinspritzung noch während des Verbrennungsvorgangs erfolgenden nacheingespritzten Kraftstoffinenge (angelagerte Nacheinspritzung) zur Rußminimierung vorzusehen. Erfindungsgemäß erfolgt diese angelagerte Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der erfaßten Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine.
  • Dabei wird vorzugsweise der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge der angelagerten Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine geregelt.
  • Da sich die Rußemission nicht nur durch die angelagerte Nacheinspritzung, sondern vor allem durch Lastwechsel ändert, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, daß die angelagerte Nacheinspritzung zu wenigstens einem Zeitpunkt, insbesondere im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine, variiert, die dabei entstehende Partikelrohemission erfaßt und der Einspritzbeginn/die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der erfaßten Partikelrohemission im Hinblick auf eine Reduzierung der Partikelrohemission optimiert bzw. angepaßt und für den weiteren Betrieb beibehalten werden oder betriebspunktabhängig angepaßt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Vorgehensweise ist dabei vorgesehen, daß Anpassungen jeweils getrennt voneinander für unterschiedliche Betriebspunkte oder Lastbereiche erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, daß ständig ein last- und drehzahlabhängiges Kennfeld, welches die ermittelten/angepaßten Parameter der nachgelagerten Nacheinspritzung enthält, geändert wird.
  • Es kann bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel darüber hinaus vorgesehen sein, de Einspritzbeginn und die Einspritzmenge der Nacheinspritzung in Abhängigkeit von weiteren Betriebsgrößen der Brenrilcraftmaschine und/oder weiteren Abgasbestandteilen zu regeln, um die Rußemissionen weiter zu reduzieren und/oder um weitere Gütekriterien zu optimieren, beispielsweise das Geräusch der Brennkraftmaschine, deren Verbrauch oder andere Abgasbestandteile zu reduzieren optimieren.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, wenigstens einen Rußsensor im Abgasstrang anzuordnen, dessen Ausgangssignale in einer Steuereinheit zur Regelung der Nacheinspritzung verarbeitet werden.
  • Der Rußsensor sollte möglichst brennkraftmaschinennah angeordnet sein, damit mit dem Sensorsignal dynamische Änderungen der Motorlast möglichst unmittelbar erfaßt werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung kann vorgesehen sein, daß weitere Sensoren, welche beispielsweise Betriebsgrößen der Brenrilcraftmaschine und/oder Abgasbestandteile erfassen, zur Regelung der angelagerten Nacheinspritzung vorgesehen sind.
  • Zeichnung
    •
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • In der Figur ist schematisch eine von der Endung Gebrauch machende Vorrichtung zur Einspritzung sowie zur Abgasnachbehandlung durch angelagerte Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine dargestellt.
  • Beschreibung der Ausführunsbeispiele
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils gesteuert wird. Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Es ist aber hervorzuheben, daß die Erfindung nicht auf diese Systeme beschränkt ist. Sie kann vielmehr bei allen Systemen eingesetzt werden, bei denen eine entsprechende Kraftstoffzumessung möglich ist. Sie kann insbesondere auch bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft ist sie bei magnetventilgesteuerten oder piezoelektrisch gesteuerten Kraftstoffzumeßsystemen einsetzbar.
  • Einer mit 100 bezeichneten Brennkraftmaschine wird über eine Ansaugleitung 105 Frischluft zugeführt. Abgase werden über eine Abgasleitung 110 abgegeben. In der Figur ist als Beispiel eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122 und 123 zugeordnet. Den Injektoren wird über Magnetventile 130, 131, 132 und 133 Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt von einem sogenannten Rail 135 über die Injektoren 120, 121, 122 und 123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.
  • Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe 145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruckpumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer Kraftstofförderpumpe 155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe 155 steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Verbindung.
  • Das Ventil 150 umfaßt eine Spule 152. Die Magnetventile 130, 131, 132 und 133 weisen Spulen 140, 141, 142 und 143 auf, die jeweils mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagbar sind. Die Endstufen 175 sind vorzugsweise in einer Steuereinheit, beispielsweise einem Steuergerät 170 angeordnet, das die Spulen 152 ansteuert: In dem Rail 135 ist ferner ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im Rail 135 erfaßt und ein entstprechendes Signal an das Steuergerät 170 leitet. In der Abgasleitung 110 ist darüber hinaus ein Rußsensor 180 in Abgasströmungsrichtung möglichst unmittelbar hinter der Brennkraftmaschine 100 angeordnet, welcher die Partikel-Rohemissionen der Brennkraftmaschine 100 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 170 leitet. Darüber hinaus können in der Abgasleitung 110 weitere Sensoren 182 angeordnet sein, die beispielsweise weitere Abgasbestandteile erfassen und deren Signale an das Steuergerät 170 geleitet werden. Schließlich können auch der Brennkraftmaschine 100 zugeordnete Sensoren 184 vorgesehen sein, die beispielsweise zur Erfassung des Geräusches der Brennkraftmaschine, deren Verbrauchs und/oder anderer Betriebsgrößen dienen und entsprechende Signale an das Steuergerät 170 leiten.
  • Die Einrichtung arbeitet in der folgenden Weise. Die Kraftstofförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen vorgebbaren Druck auf, der üblicherweise Werte höher als 800 bar aufweist. Durch Bestromen der Spülen 140 bis 143 werden die entsprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert. Die Ansteuersignale für die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn und das Einspritzende des Kraftstoffs durch die Injektoren 120 bis 123 fest.
  • Der in einer Haupteinspritzung zugemessene Kraftstoff verbrennt in der Brennkraftmaschine 100. Noch während des Verbrennungsvorgangs erfolgt unmittelbar nach der eigentlichen Haupteinspritzung eine weitere Einspritzung von Kraftstoff die auch als sogenannte angelagerte Nacheinspritzung bezeichnet wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine 100 durch den in der Abgasleitung 110 angeordneten Rußsensor 180 in vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere im stationären Betrieb der Brennkraftmaschine 100 erfaßt wird. Das Sensorsignal des Rußsensors 180 wird dem Steuergerät 170 zugeleitet und dort zur Regelung der angelagerten Nacheinspritzung verarbeitet. Dabei werden in dem Steuergerät 170 in Abhängigkeit von der von dem Rußsensor 180 erfaßten Partikel-Rohemission der Brennkraftmaschine 100 der Einspritzbeginn, d.h. der Einspritzkurbelwellenwinkel, und die Einspritzmenge festgelegt und die den Magnetventilen 130 bis 133 zugeordneten Spulen 140 bis 143 entsprechend angesteuert.
  • Der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge werden daraufhin variiert, wobei wiederum von dem Rußsensor 180 die Partikelrohemission der Brennkraftmaschine 100 erfaßt wird. Diese so erfaßte Partikelrohemission wird mit der zuvor erfaßten Partikelrohemission verglichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich werden der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge erneut variiert, um eine Verringerung der Partikelrohemission zu erzielen. Diese Schritte können auch mehrfach wiederholt werden. Sobald die optimalen Parameter für den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge ermittelt wurden, werden diese für den weiteren Betrieb beibehalten bzw. auf unterschiedliche Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 100 angepaßt.
  • Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die vorbeschriebene Ermittlung der Parameter für Einspritzbeginn und Einspritzmenge bei unterschiedlichen Betriebspunkten oder Lastbereichen der Brennkraftmaschine vorgenommen. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Parameter in einem last- und drehzahlabhängigen Kennfeld hinterlegt sind, welches bei jeder Ermittlung der Werte für den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge geändert wird.
  • Der Einspritzbeginn, d.h. der Einspritzkurbelwellenwinkel, und die Einspritzmenge können darüber hinaus auch noch in Abhängigkeit anderer Größen, die durch die Sensoren 182, welche weitere Abgasbestandteile erfassen, oder die Sensoren 184, welche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine erfassen, geregelt werden.
  • Der Vorteil vorbeschriebenen Verfahrens und vorbeschriebener Vorrichtung liegt in einer Variation der Nacheinspritzung in einem Regelkreis in Abhängigkeit von der erfaßten Rußemission sowie gegebenenfalls von anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 100 zur Erzielung eines Minimums der Rußemission, wobei insbesondere auch eine Minimierung der Rußemission bei unterschiedlichen Typen von Brennkraftmaschinen möglich ist, welche mit einer festen, vorgegebenen Nacheinspritzung nicht erreicht werden kann.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine (100), dadurch gekennzeichnet, daß die Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der erfaßten Partikelrohemission der Brennkraftmaschine (100) unmittelbar nach einer Haupteinspritzung während des Verbrennungsvorgangs (angelagerte Nacheinspritzung) geregelt erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginn, insbesondere der Einspritzkurbelwellenwinkel, und die Einspritzmenge der angelagerten Nacheinspritzung in Abhängigkeit von der Partikelrohemission der Brennkraftmaschine (100) geregelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – in wenigstens einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere im stationären Betrieb, werden der Einspritzbeginn und/oder die Einspritzmenge der Nacheinspritzung variiert – es werden die hierbei von der Brenrilcraftmaschine emittierten Rußpartikel erfaßt; – abhängig von der so erfaßten Partikelrohemission werden Parameter für den Einspritzbeginn bzw. die Einspritzmenge im Hinblick auf eine Reduzierung der Partikelrohemission optimiert und diese Parameter für den weiteren Betrieb beibehalten oder betriebspunktabhängig angepaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Anpassungen des Einspritzbeginns bzw. der Einspritzmenge an einer Mehrzahl unterschiedlicher Betriebspunkte und/oder Lastbereiche der Brennkraftmaschine erfolgen, wobei bei jeder Ermittlung oder Änderung des Einspritzbeginns und/oder der Einspritzmenge ein last- und/oder drehzahlabhängiges, den Einspritzbeginn/die Einspritzmenge enthaltendes Kennfeld geändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginn, insbesondere der Einspritzkurbelwellenwinkel, und die Einspritzmenge der angelagerten Nacheinspritzung in Abhängigkeit von weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (100) und/oder weiteren Abgasbestandteilen geregelt/angepaßt werden.
  6. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine (100), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rußsensor (180) im Abgasstrang, insbesondere in Abgasströmungsrichtung unmittelbar hinter der Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal in einer Steuereinheit (170) zur Regelung der unmittelbar nach einer Haupteinspritzung während des Verbrennungsvorgangs erfolgenden Nacheinspritzung (angelagerte Nacheinspritzung) verarbeitet wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Sensor (182) zur Erfassung weiterer Abgasbestandteile und/oder wenigstens ein weiterer Sensor (184) zur Erfassung von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (100) vorgesehen sind, deren Ausgangssignale in der Steuereinheit (170) zur Regelung der angelagerten Nacheinspritzung verarbeitet werden.
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