DE102022126276B3 - Method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeug, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine (1) in einem sich von mindestens 80% bis 100% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine (1) erstreckenden Hochlastbereich der Verbrennungskraftmaschine (1) betrieben wird, wobei innerhalb eines jeweiligen, in dem Hochlastbetrieb stattfindenden Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine (1) wenigstens zwei Einspritzungen (E1, E2) nacheinander durchgeführt werden, nämlich eine Haupteinspritzung (E1), mittels welcher eine erste Menge eines Kraftstoffes in einen Brennraum (4) der Verbrennungskraftmaschine (1) eingebracht wird, und eine auf die Haupteinspritzung (E1) folgende Nacheinspritzung (E2), mittels welcher eine zweite Menge des Kraftstoffes in den Brennraum (4) eingebracht wird. Die Nacheinspritzung (E2) beginnt höchstens 20 Grad Kurbelwinkel nach der Haupteinspritzung (E1).The invention relates to a method for operating an internal combustion engine (1) of a motor vehicle, in which the internal combustion engine (1) is operated in a high-load range of the internal combustion engine (1) extending from at least 80% to 100% of the full load of the internal combustion engine (1), wherein Within a respective working cycle of the internal combustion engine (1) taking place in high-load operation, at least two injections (E1, E2) are carried out one after the other, namely a main injection (E1), by means of which a first amount of fuel is injected into a combustion chamber (4) of the internal combustion engine (1 ) is introduced, and a post-injection (E2) following the main injection (E1), by means of which a second amount of fuel is introduced into the combustion chamber (4). The post-injection (E2) begins at most 20 degrees crank angle after the main injection (E1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, sodass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.The object of the present invention is to create a method for operating an internal combustion engine so that particularly low-emission operation of the internal combustion engine can be achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by a method with the features of
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer als Hubkolbenmaschine oder Hubkolbenmotor ausgebildeten und auch als Verbrennungsmotor oder Brennkraftmaschine bezeichneten Verbrennungskraftmaschine eines einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Insbesondere wird das Kraftfahrzeug bei dem Verfahren mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine bezogen auf ihre Volllast in einem sich von mindestens 80% bis 100% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine erstreckenden Hochlastbereich der Verbrennungskraftmaschine betrieben. Mit anderen Worten wird die Verbrennungskraftmaschine bei dem Verfahren in einem auch als Betriebsbereich betrieben, wobei der Betriebsbereich der genannte Hochlastbereich ist. Unter dem Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in dem Hochlastbereich, mithin in dem Betriebsbereich ist zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem Betriebs- oder Lastpunkt betrieben wird, in welchem die Verbrennungskraftmaschine mit mindestens 80% ihrer Volllast betrieben wird. Somit erstreckt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Hochlastbereich, insbesondere höchstens, über die obersten 20% des gesamten Kernfelds beziehungsweise des gesamten, sich von 0% bis 100% der Volllast erstreckenden Lastbereich der Verbrennungskraftmaschine. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, wenn (irgend)eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem Betriebspunkt betrieben wird, in welchem diese Verbrennungskraftmaschine mit einer Last betrieben wird, die mindestens 80% der Volllast dieser Verbrennungskraftmaschine beträgt, so wird diese Verbrennungskraftmaschine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Hochlastbereich betrieben.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine designed as a reciprocating piston engine or reciprocating piston engine and also referred to as an internal combustion engine or internal combustion engine of a motor vehicle, also simply referred to as a vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. The motor vehicle can be driven by the internal combustion engine. In particular, in the method the motor vehicle is driven by means of the internal combustion engine. In the method, the internal combustion engine is operated, based on its full load, in a high-load range of the internal combustion engine that extends from at least 80% to 100% of the full load of the internal combustion engine. In other words, in the method the internal combustion engine is operated in what is also known as an operating range, the operating range being the high-load range mentioned. Operating the internal combustion engine in the high-load range, i.e. in the operating range, means that the internal combustion engine is operated in an operating or load point in which the internal combustion engine is operated at at least 80% of its full load. Thus, in the method according to the invention, the high-load range extends, in particular at most, over the top 20% of the entire core field or of the entire load range of the internal combustion engine, which extends from 0% to 100% of full load. Expressed again in other words, if (any) internal combustion engine of a motor vehicle is operated at an operating point in which this internal combustion engine is operated with a load that is at least 80% of the full load of this internal combustion engine, then this internal combustion engine is in the high-load range according to the method according to the invention operated.
Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb eines jeweiligen, in dem Hochlastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine stattfindenden Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine genau drei Einspritzungen nacheinander durchgeführt werden, nämlich eine Haupteinspritzung, eine auf die Haupteinspritzung folgende Nacheinspritzung und eine der Haupteinspritzung beziehungsweise deren Beginn vorweggehende Voreinspritzung. Mittels oder bei der Haupteinspritzung wird, insbesondere genau, eine erste Menge eines insbesondere flüssigen Kraftstoffes in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Mittels oder bei der Nacheinspritzung wird, insbesondere genau, eine, insbesondere von der ersten Menge unterschiedliche, zweite Menge des Kraftstoffes in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Wenn im Folgenden die Rede von den Einspritzungen ist, so sind darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die Einspritzungen zu verstehen, die innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, welches in dem Hochlastbetrieb stattfindet, das heißt abläuft, durchgeführt werden. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Einspritzungen mittels eines Injektors, insbesondere mittels desselben Injektors, durchgeführt werden. Die Einspritzungen sind Einzeleinspritzungen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Einspritzungen zeitlich voneinander beabstandet sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise dann, wenn innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels, welches in dem Hochlastbetrieb stattfindet, zunächst eine erste der Einspritzungen und daraufhin eine zweite der Einspritzungen durchgeführt wird, die erste Einspritzung endet, bevor die zweite Einspritzung beginnt, das heißt die zweite Einspritzung beginnt erst nach der ersten Einspritzung, das heißt erst nachdem die erste Einspritzung geendet hat. Wenn zuvor im Folgenden von dem jeweiligen Arbeitsspiel die Rede ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, das jeweilige, in dem Hochlastbetrieb stattfindende Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen.In order to be able to realize a particularly low-emission operation of the internal combustion engine, it is provided according to the invention that exactly three injections are carried out one after the other within a respective working cycle of the internal combustion engine that takes place in the high-load operation of the internal combustion engine, namely a main injection, a post-injection following the main injection and one the main injection or the start of the pre-injection. By means of or during the main injection, a first quantity of a particularly liquid fuel is introduced, in particular injected directly, into a combustion chamber of the internal combustion engine. By means of or during the post-injection, a second amount of fuel, in particular different from the first amount, is introduced into the combustion chamber, in particular injected directly. When we talk about injections below, unless otherwise stated, this means the injections that are carried out within the respective work cycle that takes place, that is, takes place in the high-load operation. In particular, it is preferably provided that the injections are carried out using an injector, in particular using the same injector. The injections are individual injections. This means in particular that the injections are spaced apart in time. This means that, for example, if within the respective working cycle, which takes place in the high-load operation, a first of the injections and then a second of the injections are carried out, the first injection ends before the second injection begins, that is to say the second injection begins only after the first injection, that is, only after the first injection has ended. If the respective work cycle is discussed below, this is to be understood as meaning the respective work cycle of the internal combustion engine that takes place in high-load operation, unless otherwise stated.
Die Verbrennungskraftmaschine weist eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine Antriebsdrehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Insbesondere ist die Abtriebswelle um eine Wellendrehachse relativ zu einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine drehbar. Bei dem Gehäuseelement handelt es sich insbesondere um ein Kurbelgehäuse, insbesondere um ein Zylinderkurbelgehäuse. Der genannte Brennraum ist beispielsweise teilweise durch einen Zylinder begrenzt, welcher durch das Gehäuseelement gebildet ist. Ferner ist beispielsweise der Brennraum teilweise durch einen Kolben begrenzt, welcher translatorisch bewegbar an dem Zylinder angeordnet ist. Der Kolben ist über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden, sodass translatorische Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswelle umgewandelt werden können. Dabei ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als ein VierTakt-Motor ausgebildet, sodass das jeweilige Arbeitsspiel, insbesondere genau, zwei vollständige Umdrehungen der Abtriebswelle, mithin, insbesondere genau, 720 Grad Kurbelwinkel (°KW) Kurbelwinkel umfasst.The internal combustion engine has an output shaft designed as a crankshaft, via which the internal combustion engine can provide drive torque for driving the motor vehicle. In particular, the output shaft is rotatable about a shaft rotation axis relative to a housing element of the internal combustion engine. The housing element is in particular a crankcase, in particular a cylinder crankcase. The combustion chamber mentioned is, for example, partially delimited by a cylinder which is formed by the housing element. Furthermore, for example, the combustion chamber is partially delimited by a piston, which is arranged on the cylinder in a translationally movable manner. The piston is articulated to the output shaft via a connecting rod, so that translational movements of the piston in the cylinder can be converted into a rotational movement of the output shaft. The internal combustion engine is designed, for example, as a four-stroke engine, so that the respective working cycle, in particular precisely, comprises two complete revolutions of the output shaft, therefore, in particular precisely, 720 degrees crank angle (°KW) crank angle.
Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass die Nacheinspritzung höchstens 20 Grad Kurbelwinkel, insbesondere höchstens 15 Grad Kurbelwinkel, nach der Haupteinspritzung, das heißt nach deren Ende beginnt. Dadurch liegt die Nacheinspritzung sehr nahe an der Haupteinspritzung, wodurch insbesondere Stickoxid-(NOx-) sowie Rußemissionen der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Außerdem kann ein übermäßiger, auch als Rußeintrag bezeichneter Eintrag von Ruß beziehungsweise Rußpartikeln in ein zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kolbens, vorgesehenes, auch als Motoröl bezeichnetes Öl vermieden werden, woraus eine besonders lange Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine und/oder lange Wartungsintervalle resultieren können.According to the invention, it is further provided that the post-injection begins at most 20 degrees crank angle, in particular at most 15 degrees crank angle, after the main injection, that is to say after its end. As a result, the post-injection is very close to the main injection, which means that nitrogen oxide (NOx) and soot emissions from the internal combustion engine in particular can be kept to a particularly low level. In addition, excessive entry of soot or soot particles into an oil provided for lubricating the internal combustion engine, in particular the piston, also known as engine oil, can be avoided, which can result in a particularly long service life of the internal combustion engine and / or long maintenance intervals.
Aus dem Kraftstoff und Luft wird ein auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-LuftGemisch gebildet, welches innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels in dem Brennraum gezündet und in der Folge im Rahmen eines Verbrennungsprozesses verbrannt wird. Dadurch entsteht aus dem Gemisch ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Verbrennungsprozess kann in dem auch als Brennkammer bezeichneten Brennraum Ruß entstehen beziehungsweise übrig bleiben, wobei es das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, eine Menge von aus dem Verbrennungsprozess resultierendem Ruß in dem Hochlastbetrieb besonders gering zu halten. Dadurch kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen der Rußeintrag ins Motoröl verringert werden.A fuel-air mixture, also known as a mixture, is formed from the fuel and air, which is ignited in the combustion chamber within the respective working cycle and subsequently burned as part of a combustion process. This creates an exhaust gas from the internal combustion engine from the mixture. During the combustion process, soot can arise or remain in the combustion chamber, also known as the combustion chamber, with the method according to the invention making it possible to keep the amount of soot resulting from the combustion process particularly low in high-load operation. This means that the introduction of soot into the engine oil can be reduced compared to conventional solutions.
Mittels der Voreinspritzung wird, insbesondere genau, eine gegenüber der ersten Menge geringere, dritte Menge des Kraftstoffes in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird. Die dritte Menge kann der zweiten Menge entsprechen, oder die dritte Menge ist größer oder kleiner als die zweite Menge. Hierdurch können insbesondere die Stickoxid-und Rußemissionen und somit auch der Rußeintrag besonders geringgehalten werden. Auch im Hinblick auf die Haupteinspritzung, die Nacheinspritzung und die, insbesondere genau, eine Voreinspritzung ist es vorgesehen, dass die Haupteinspritzung nach der Voreinspritzung, das heißt nach deren Ende beginnt, sodass die Voreinspritzung endet, bevor die Haupteinspritzung beginnt.By means of the pre-injection, a third amount of fuel, which is smaller than the first amount, is introduced into the combustion chamber, in particular injected directly. The third quantity may correspond to the second quantity, or the third quantity may be greater or less than the second quantity. In this way, nitrogen oxide and soot emissions in particular and thus also the soot entry can be kept particularly low. Also with regard to the main injection, the post-injection and, in particular, a pre-injection, it is provided that the main injection begins after the pre-injection, that is after its end, so that the pre-injection ends before the main injection begins.
Um insbesondere im Hinblick auf die Stickoxid-und Rußemissionen einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass innerhalb des jeweiligen, in dem Hochlastbetrieb stattfindenden Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine die Nacheinspritzung mindestens 12 Grad Kurbelwinkel, ganz vorzugsweiseweise mindestens 15 Grad Kurbelwinkel, nach der Haupteinspritzung, das heißt nach deren Ende beginnt.In order to be able to realize a particularly low-emission operation of the internal combustion engine, particularly with regard to the nitrogen oxide and soot emissions, it is provided in one embodiment of the invention that within the respective working cycle of the internal combustion engine that takes place in high-load operation, the post-injection has at least 12 degrees of crank angle, most preferably at least 15 degrees crank angle, after the main injection, i.e. after the end of which begins.
Der Erfindung liegen dabei die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Verbrennungsmotoren sind durch diverse mechanische Bauteilgrenzen wie Abgastemperaturen, Turboladerdrehzahlen, Zylinder-Spitzendrücke, Trübungsniveau im Abgas, Rußeintrag ins Motoröl etc. limitiert. Das Rußniveau in dem aus dem Verbrennungsprozess resultierenden Abgas der Verbrennungskraftmaschine kann unterschiedliche Komponenten wie eine Ansaugstrecke, ein Abgasrückführsystem, einen Ventiltrieb und das Motoröl verschmutzen und zu einer hohen Belastung führen, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Daher ist es das Ziel, das Rußniveau, das heißt die aus dem Verbrennungsprozess resultierende, innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels entstehende Menge des Rußes geringzuhalten, was durch das erfindungsgemäße Verfahren nun möglich ist. Dabei stehen Stickoxide und Ruß im Abgas in Wechselwirkung zueinander. Das erfindungsgemäß Verfahren ermöglicht es nun, sowohl die Rußemissionen als auch die Stickoxidemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen zu reduzieren. Hierzu ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Brennverfahren, durch welches insbesondere im Hinblick auf Ruß und Stickoxide ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist. Außerdem kann der Eintrag von Ruß ins Motoröl vorteilhaft geringgehalten werden. Auf den Rußeintrag ins Motoröl kann der auch als Einspritzdüse bezeichnete Injektor insbesondere in Hinblick auf eine Hydraulik zum Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum sowie der bei dem auch als Verbrennung bezeichneten Verbrennungsprozess entstehende Ruß einen Einfluss haben. Bei herkömmlichen Verfahren oder Motorentwicklungen entsteht durch die Reduzierung der Stickoxidemissionen eine höhere, auch als Partikelemission bezeichnete Rußemission, welche auch als Rußpartikelemission bezeichnet wird, insbesondere bei einem hochlastigen Motorbetrieb. Üblicherweise bewegt sich das Emissionsverhalten der Verbrennungskraftmaschine entlang eines sogenannten Rußpartikel-Stickoxid-Zielkonflikts oder -Kompromisses. Die erhöhten Partikelemissionen im Abgas können dazu führen, dass die Ansaugstrecke, das Abgasrückführsystem, Einspritzdüsen, eine Ölabschaltung sowie der Ventiltrieb stark mechanisch belastet werden, da diese Systeme verrußen und/oder versotten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun diese Nachteile vermeiden, da durch das erfindungsgemäße Verfahren das Rußniveau beziehungsweise die Rußemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden kann. Damit bei modernen, beispielsweise als Dieselmotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen hohe spezifische Leistungen realisiert werden können, kann ein hoher Aufladegrad erforderlich sein. Üblicherweise konnte nur in Kombination mit hohen Ladendrücken ein hinreichend hohes, spezifisches Leistungsniveau realisiert werden. Damit durch die hohen Aufladegrade nicht der mechanisch limitierte Zylinder-Spitzendruck verletzt wird, ist es bei herkömmlichen Verfahren erforderlich, die auch als Einspritzereignisse bezeichneten Einspritzungen, mithin die Haupteinspritzungen in Nacheinspritzung nicht mehr wirkungsgradoptimal etwas später abzusetzen und/oder derart voneinander zu beabstanden, dass insbesondere die Nacheinspritzung sehr spät und weit später als 20 Grad Kurbelwinkel nach der Haupteinspritzung beginnt. Dieses verspätete Einspritzereignis kann jedoch zu einer erhöhten Rußemission und somit zu einem erhöhten Rußeintrag ins Motoröl führen. Der Ruß im Motoröl kann sich verschleißfördernd auswirken. Demgegenüber ermöglicht es nun das erfindungsgemäße Verfahren, die Stickoxid- und Rußemissionen und somit auch den Rußeintrag ins Motoröl vorteilhaft geringhalten zu können, insbesondere in dem auch als hochlastigen Betrieb bezeichneten Hochlastbetrieb. Gleichzeitig kann dadurch, dass die Nacheinspritzung sehr nah an der Haupteinspritzung liegt, eine sehr hohe spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Dadurch, dass die Nacheinspritzung, welche bezüglich der Haupteinspritzung ein zusätzliches Einspritzereignis darstellt, sehr nahe an die Haupteinspritzung angelagert ist, mithin höchstens 20 Grad Kurbelwinkel nach der Haupteinspritzung, insbesondere nach deren Ende, beginnt, kann die Haupteinspritzung, insbesondere vollständig und somit zu 100%, drehmomentwirksam bleiben, wodurch sich ein besonders emissionsarmer Betrieb sowie eine besonders hohe spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine realisieren lassen. Die Nacheinspritzung, die nach der Haupteinspritzung durchgeführt wird, kann eine übermäßige Rußentstehung im Brennraum vermeiden, da durch die Nacheinspritzung insbesondere im Vergleich zur Haupteinspritzung ein weiterer Impuls im Brennraum entsteht. Hieraus resultiert eine vorteilhaft hohe Turbulenz, wodurch die Luft im Brennraum nochmals deutlich besser genutzt werden kann, insbesondere zur Verbrennung des Kraftstoffes. Zusätzlich zur reduzierten Rußenstehung kann auch ein vorhandenes Rußniveau besser nachoxidiert werden. In Summe kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ein deutlich geringeres Rußniveau im Abgas festgestellt werden. Auch der Rußeintrag ins Motoröl kann durch das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen deutlich verringert werden. Dies wurde durch Emissionsmessungen an einem Motorprüfstand sowie in einem mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeug bestätigt.The invention is based on the following findings and considerations: Internal combustion engines are limited by various mechanical component limits such as exhaust gas temperatures, turbocharger speeds, peak cylinder pressures, opacity level in the exhaust gas, soot entry into the engine oil, etc. The soot level in the exhaust gas of the internal combustion engine resulting from the combustion process can contaminate various components such as an intake section, an exhaust gas recirculation system, a valve train and the engine oil and lead to high levels of pollution if no appropriate countermeasures are taken. Therefore, the goal is to keep the soot level, that is, the amount of soot resulting from the combustion process within the respective work cycle, low, which is now possible through the method according to the invention. Nitrogen oxides and soot in the exhaust gas interact with each other. The method according to the invention now makes it possible to reduce soot emissions as well also reduce nitrogen oxide emissions compared to conventional solutions. For this purpose, the method according to the invention is a combustion process through which particularly low-emission operation of the internal combustion engine can be achieved, particularly with regard to soot and nitrogen oxides. In addition, the entry of soot into the engine oil can be advantageously kept to a minimum. The injector, also known as an injection nozzle, can have an influence on the soot entry into the engine oil, particularly with regard to hydraulics for introducing the fuel into the combustion chamber and the soot produced during the combustion process, also known as combustion. In conventional processes or engine developments, the reduction in nitrogen oxide emissions results in higher soot emissions, also known as particulate emissions, especially during high-load engine operation. The emissions behavior of the internal combustion engine usually moves along a so-called soot particle-nitrogen oxide target conflict or compromise. The increased particle emissions in the exhaust gas can lead to the intake system, the exhaust gas recirculation system, injection nozzles, an oil switch-off and the valve train being subjected to severe mechanical stress, as these systems become sooted and/or sooted. The method according to the invention can now avoid these disadvantages, since the soot level or soot emissions can be reduced by the method according to the invention compared to conventional solutions. So that high specific outputs can be achieved in modern internal combustion engines, for example designed as diesel engines, a high degree of charging may be required. Typically, a sufficiently high, specific performance level could only be achieved in combination with high loading pressures. In order to ensure that the mechanically limited cylinder peak pressure is not violated by the high degrees of supercharging, it is necessary in conventional methods to place the injections, also known as injection events, and therefore the main injections in post-injection, a little later with optimal efficiency and/or to space them apart from one another in such a way that, in particular the post-injection starts very late and far later than 20 degrees crank angle after the main injection. However, this delayed injection event can lead to increased soot emissions and thus to increased soot entry into the engine oil. The soot in the engine oil can cause wear. In contrast, the method according to the invention now makes it possible to advantageously keep the nitrogen oxide and soot emissions and thus also the soot entry into the engine oil low, especially in high-load operation, which is also referred to as high-load operation. At the same time, because the post-injection is very close to the main injection, a very high specific output of the internal combustion engine can be achieved. Because the post-injection, which represents an additional injection event with respect to the main injection, is located very close to the main injection, i.e. begins at most 20 degrees crank angle after the main injection, in particular after its end, the main injection can, in particular completely and therefore 100% , remain torque effective, which means that particularly low-emission operation and a particularly high specific output of the internal combustion engine can be achieved. The post-injection, which is carried out after the main injection, can avoid excessive soot formation in the combustion chamber, since the post-injection creates a further pulse in the combustion chamber, especially compared to the main injection. This results in an advantageously high level of turbulence, which means that the air in the combustion chamber can be used much better, especially for burning the fuel. In addition to the reduced soot production, existing soot levels can also be better oxidized. Overall, a significantly lower level of soot can be found in the exhaust gas compared to conventional solutions. The ingress of soot into the engine oil can also be significantly reduced by the method according to the invention compared to conventional solutions. This was confirmed by emissions measurements on an engine test bench and in a motor vehicle equipped with the internal combustion engine.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn innerhalb des jeweiligen, in dem Hochlastbetrieb stattfindenden Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine zwischen der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung ein Durchführen einer zusätzlichen Einspritzung, durch welche der Kraftstoff in den Brennraum eingebracht wird, unterbleibt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzung unmittelbar benachbart sind. Hierunter ist zu verstehen, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zwischen der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung keine andere, weitere Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt. Dadurch kann ein besonders emissionsarmer Betrieb realisiert werden.It has proven to be particularly advantageous if an additional injection, through which the fuel is introduced into the combustion chamber, is not carried out within the respective working cycle of the internal combustion engine between the main injection and the post-injection that takes place in high-load operation. In other words, it is preferably provided that the main injection and the post-injection are immediately adjacent. This means that no other further injection of fuel takes place within the respective working cycle between the main injection and the post-injection. This allows particularly low-emission operation to be achieved.
Um die Stickoxid- und Rußemissionen sowie den Rußeintrag besonders geringhalten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Menge geringer als die erste Menge ist.In order to be able to keep the nitrogen oxide and soot emissions as well as the soot entry particularly low, it is provided in a further embodiment of the invention that the second amount is less than the first amount.
Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders emissionsarmen Betriebs als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die zweite Menge in einem Bereich von 1% bis 5% der ersten Menge liegt.In order to achieve particularly low-emission operation, it has proven to be particularly advantageous if the second amount is in a range of 1% to 5% of the first amount.
Schließlich hat es sich zur Realisierung eines besonders emissionsarmen Betriebs als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn als die Verbrennungskraftmaschine ein Dieselmotor verwendet wird. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine ein Dieselmotor ist. Somit handelt es sich vorzugsweise bei dem Kraftstoff um einen Dieselkraftstoff.Finally, in order to achieve particularly low-emission operation, it has proven to be particularly advantageous if a diesel engine is used as the internal combustion engine. In other words, it is preferably provided that the internal combustion engine is a diesel engine. The fuel is therefore preferably a diesel fuel.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to an internal combustion engine which is designed to carry out a method according to the invention according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be viewed as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; -
2 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine; -
3 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; und -
4 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer dritten Ausführungsform des Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle; -
2 a diagram for illustrating a first embodiment of a method for operating the internal combustion engine; -
3 a diagram illustrating a second embodiment of the method; and -
4 a diagram to illustrate a third embodiment of the method.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine 1 bezogen auf deren Volllast in einem sich von mindestens 80% bis 100% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine erstreckenden Hochlastbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben. Dies bedeutet, dass der Volllastbereich mindestens bei 80% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine 1 beginnt und bei 100% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine 1 endet. Somit liegt jeder Betriebspunkt, in den die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Last betrieben wird, die mindestens 80% der Volllast beträgt, in den Hochlastbereich. Umgekehrt liegt beispielsweise jeder Betriebspunkt, in dem die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Last betrieben wird, die geringer als 80% der Volllast der Verbrennungskraftmaschine 1 ist, außerhalb des Hochlastbereiches.In the method, the
Anhand von
Die Einspritzung E1 ist eine Haupteinspritzung, mittels welcher, insbesondere genau, eine erste Menge des Kraftstoffes in den Brennraum 4 direkt eingespritzt und dadurch eingebracht wird. Die auf die Haupteinspritzung folgende Einspritzung E2 ist eine Nacheinspritzung, mittels welcher, insbesondere genau, eine gegenüber der ersten Menge kleinere, zweite Menge des Kraftstoffes in den Brennraum 4 direkt eingespritzt und dadurch eingebracht wird.The injection E1 is a main injection, by means of which, in particular precisely, a first amount of fuel is injected directly into the
Um nun insbesondere im Hinblick auf Ruß- und Stickoxid-Emissionen einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren zu können, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass die Nacheinspritzung (Einspritzung E2) höchstens 20 Grad Kurbelwinkel nach der Haupteinspritzung (Einspritzung E1) beginnt. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Beginn B2 höchstens 20 Grad Kurbelwinkel nach dem Ende EN1 liegt. Außerdem ist aus
Die auf der Ordinate 7 aufgetragene Größe ist oder charakterisiert oder beschreibt die jeweilige Menge des Kraftstoffes. Somit ist aus
In
Schließlich veranschaulicht
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- GehäuseelementHousing element
- 33
- Zylindercylinder
- 44
- Brennraumcombustion chamber
- 55
- Abtriebswelleoutput shaft
- 66
- Abszisseabscissa
- 77
- Ordinateordinate
- B1B1
- Beginnbeginning
- B2B2
- Beginnbeginning
- B3B3
- BeginnStart
- B4B4
- Beginnbeginning
- E1E1
- Einspritzunginjection
- E2E2
- Einspritzunginjection
- E3E3
- Einspritzunginjection
- E4E4
- Einspritzunginjection
- EN1EN1
- EndeEnd
- EN2EN2
- EndeEnd
- EN3EN3
- EndeEnd
- EN4EN4
- EndeEnd
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