DE69805652T2 - Steuerung der konversion von no zu no2 in einer dieselbrennkraftmaschine durch kohlenwasserstoffeinspritzung während des expansionstaktes - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors. Insbesondere betrifft das Verfahren ein Verfahren zur Umwandlung von NO in NO&sub2; durch Einspritzen von Kohlenwasserstoff in den Zylinder eines Dieselmotors während der Kompressionsverminderung.
Hintergrund der Erfindung
• Beim Normalbetrieb eines Dieselmotors wird zuerst atmosphärische Luft in der Verbrennungskammer des Motors auf einen Druck von etwa 500 psi komprimiert. Die Kompression der Luft erhöht deren Temperatur auf etwa 1000ºF. Dieselkraftstoff wird dann durch eine Kraftstoffeinspritzdüse in die komprimierte Heißluft eingespritzt. Der Kraftstoff wird in der Verbrennungskammer zerstäubt, wo er sich auf seine Selbstzündungstemperatur erwärmt, was zur spontanen Zündung, Verbrennung und Expansion der Gase in der Kammer führt. Die Expansion der Verbrennungsprodukte treibt den Zylinder nach unten, wodurch der Leistungshub des Motors zustande kommt.
• Gemäß WO-A-96/03571 wird ein Dieselmotor des Weiteren während des Expansionshubs mit einer Kraftstoffeinspritzung an einem spezifischen Kurbelwinkel versehen, dessen Betrag eine Funktion von Motorgeschwindigkeit und -last ist.
• Damit ein Dieselmotor effizient arbeiten kann, d. h. mit minimalem Kraftstoffverbrauch bei maximaler Leistung, wird er typischerweise mit Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnissen betrieben, die Abgase erzeugen, die große Mengen Sauerstoff und üblicherweise nur minimale Mengen an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen enthalten. Leider führt das Betrieben eines Dieselmotors auf Maximalleistung und Effizienz auch zu Bedingungen, die die Spitzenbetriebstemperaturen erhöhen und daher zur Bildung von Verbindungen aus Stickstoff und Sauerstoff führen, die als NOx-Verbindungen bekannt sind.
• Ein Verfahren zur Herabsetzung der Konzentration von NOx- Verbindungen in Abgasemissionen besteht natürlich darin, das Abgas in Kontakt mit einem Katalysator zu bringen, der in der Lage ist, die Menge an in dem Gasstrom vorhandenen NOx-Spezies zu verringern. Bei Katalysatoren, die als effektiv in einer Dieselabgasumgebung bekannt sind, ist katalytische Entfernung von NOx jedoch üblicherweise effizienter, wenn in dem Abgas reduzierende Spezies vorhanden sind. Um diese Spezies zu erzeugen, wird der Motor bei Bedingungen mit niedriger Spitzentemperatur betrieben, und diese Bedingungen sind denen genau entgegengesetzt, die vom Standpunkt der Gesamteffizienz des Motorbetriebs erwünscht sind.
• Ein Weg zur möglichen Erhöhung der Konzentration von Oxygenaten, ungesättigten Verbindungen, ungesättigten Oxygenaten und Mischungen derselben besteht in der direkten Einspritzung von Kohlenwasserstoff in den Zylinder des Dieselmotors während des Expansionshubs (Leistungshubs) des Motors. Dies wird als Sekundäreinspritzung bezeichnet. Viele der Katalysatoren zur Verminderung von NOx, die derartigen Kohlenwasserstoff zum Reduzieren von NOx-Spezies in dem Abgasstrom verwenden können, sind effizienter, wenn das NO&sub2; : NO-Verhältnis in dem Abgasstrom geregelt werden kann, um in Abhängigkeit von dem speziellen verwendeten Katalysator ein optimales Verhältnis zu liefern.
• Es besteht demnach ein Bedarf nach Regelung des NO&sub2; : NO-Verhältnisses bei den NOx-Abgasspezies in einem Dieselmotor, die Sekundäreinspritzung verwenden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umwandeln von NO, das im Zylinder eines dieselgetriebenen Motors während des Expansionshubs des Zylinders gebildet wird, in NO&sub2;, ohne die Leistung des Motors wesentlich zu vermindern, bei dem
• (a) an einem oder mehreren festgelegten Motorarbeitspunkten eine Kalibrierungsmenge Kohlenwasserstoff und ein Kalibrierungskurbelwinkelwert zum Einspritzen des Kohlenwasserstoffs in den dieselbetriebenen Motorzylinder während eines Expansionshubs nach der Einspritzung einer Primärkraftstoffcharge in den Zylinder während eines Ansaughubs ermittelt wird, so dass in dem Abgasstrom des Motors ein erwünschtes Verhältnis von NO&sub2; zu NO erhalten wird, und dann während des Betriebs des Motors
• (b) der Arbeitspunkt des Motors gemessen wird,
• (c) ein Kurbelwinkelwert und eine Kohlenwasserstoffmenge zur Einspritzung während des Expansionshubs an dem gemessenen Arbeitspunkt aus den Kalibrierungskurbelwinkelwerten und Kalibrierungskohlenwasserstoffmengen an den festgelegten Arbeitspunkten ermittelt werden, wenn der gemessene Arbeitspunkt der gleiche wie einer der festgelegten Arbeitspunkte ist, und, wenn der gemessene Arbeitspunkt sich von den festgelegten Arbeitspunkten unterscheidet, die Kohlenwasserstoffmenge und der Kurbelwinkel für die Einspritzung während des Expansionshubs durch Interpolation zwischen den Kalibrierungskurbelwinkelwerten und den Kalibrierungskohlenwasserstoffmengen an den festgelegten Arbeitspunkten bestimmt wird,
• (d) die Kohlenwasserstoffmenge während des Expansionshubs an dem Kurbelwinkel in den Motorzylinder eingespritzt wird,
• (e) Stufen (c) und (d) immer dann wiederholt werden, wenn sich der Arbeitspunkt in Stufe (b) ändert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Hauptkomponenten von einem Zylinder eines Dieselmotors, die für das Verstehen der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Dieselverteilerleitungseinspritzsystems (Common-rail-Einspritzsystems), das zur erfindungsgemäßen Verwendung konfiguriert ist.
• Fig. 3 zeigt die Auswirkung der Motorarbeitsparameter auf die Fraktion des in NO&sub2; umgewandelten NO als Funktion des Sekundäreinspritzwinkels, erfindungsgemäß gemessen von Beginn des Expansionshubs.
• Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die anzeigt, dass die in NO&sub2; umgewandelte Fraktion des NO als Funktion der Winkelabweichung von dem der Spitzenumwandlung entsprechenden Winkel annähernd unabhängig von den Motorarbeitsparametern ist.
• Fig. 5 erläutert die Produktion gecrackter Produkte, die aus sekundärem Einspritzmaterial gebildet werden, und NO-zu-NO&sub2;- Umwandlung als Funktion des Einstellwinkels. Ausgefüllte Rechtecke entsprechen der Ausbeute an gecracktem Produkt, leere Rechtecke entsprechen der NO-Umwandlung.
• Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Umwandlung von NO in NO&sub2; von der Menge des eingespritzten Sekundärkohlenwasserstoffs.
Detaillierte Beschreibung
• Die Erfindung wird nun detaillierter unter spezieller Bezugnahme auf einen sich hin- und herbewegenden Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor beschrieben. Es ist jedoch leicht erkennbar, dass die Erfindung in gleicher Weise auf andere Kompressionszündungsmotoren anwendbar ist, wie sich hin- und herbewegende Zweitakt-Kompressionsverbrennungsmotoren. In der folgenden Beschreibungen erhalten ähnliche Teile in den Zeichnungen ähnliche Bezugsziffern.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 schließt ein Dieselmotor einen Motorblock 12 ein, in dem sich eine Verbrennungskammer oder -zylinder 14 befindet. Im Inneren des Zylinders 14 befindet sich ein gleitfähiger Kolben 15, der an der Kurbel des Motors (nicht gezeigt) befestigt ist. Oben auf dem Zylinder 14 ist ein Zylinderkopf 16, der ein Ende des Zylinders 14 verschließt.
• In dem Zylinderkopf 16 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 17 zur zeitgesteuerten Einspritzung von Dieselkraftstoff direkt in die Verbrennungskammer oder den Zylinder 14 montiert. Der Motor schließt auch ein Abgasventil 21, Abgasöffnung 24, Luftventil 20 und. Luftöffnung 18 ein.
• Wenn der Kolben 15 sich während des Betriebs in einer Position entsprechend einem Kurbeldrehwinkel von etwa 0ºC am Anfang des Ansaughubs des Zylinders befindet, öffnet sich Ansaugventil 20 und atmosphärische Luft wird in die Verbrennungskammer oder den Zylinder 14 gezogen, wenn sich der Kolben nach unten bewegt. Ventil 20 schließt sich am Ende des Ansaughubs oder kurz danach, und der Kolben 15 erhebt sich zu dem Kompressionshub. Der Kolben 15 beginnt seinen Kompressionshub an einer Position nahe dem Boden des Zylinders entsprechend einem Kurbeldrehwinkel von 180º, d. h. der unteren Totpunktstellung. Eine optionale Pilot-Kraftstoffcharge wird in die Verbrennungskammer eingespritzt, wenn der Kolben 15 eine Position entsprechend einem Kurbeldrehwinkel von etwa 330º bei dem Kompressionshub erreicht. Die Luft in dem Zylinder wird komprimiert, wodurch ihre Temperatur und ihr Druck erhöht wird, was dazu führt, dass jegliche Pilot-Kraftstoffcharge eine vor der Zündung erfolgende chemische und physikalische Reaktion eingeht. Wenn die Kompression weitergeht, wird der Primärdieselkraftstoff über Einspritzdüse 17 in den Zylinder 14 eingespritzt, und der Dieselkraftstoff zündet, wodurch die gesamte Mischung in der Verbrennungskammer 14 expandiert. Der Expansions- (oder Leistungs-)-Hub des Motors beginnt, wenn der Kolben eine Position entsprechend einem Kurbelwinkel am oberen Totpunkt (0º) passiert. Erfindungsgemäß wird während der Expansion des Zylinders 14 beim Leistungshub eine festgelegte Menge Kohlenwasserstoffkraftstoff, bezogen auf die Menge an Primärkraftstoff, an einem festgelegten Drehwinkel, der als Sekundäreinspritzwinkel bezeichnet wird, in den Zylinder eingespritzt. Diese festgelegte Kraftstoffeinspritzung kann über Düse 17 oder eine separate Düse eingespritzt werden.
• Kohlenwasserstoffeinspritzung während des Expansions-, d. h. des Leistungshubs, wird als Sekundäreinspritzung bezeichnet, um sie von der Primärkraftstoffeinspritzung zu unterscheiden. Der während der Expansion eingespritzte Kohlenwasserstoff ist der sekundär eingespritzte Kohlenwasserstoff. Der während des Leistungshubs eingespritzte Kohlenwasserstoffkraftstoff kann im Allgemeinen der gleiche wie der Dieselkraftstoff sein, der während des Kompressionshubs in den Motor eingespritzt wird, oder kann anderer Kohlenwasserstoff oder Oxygenat sein. Die während der Sekundäreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge sollte im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% liegen, bezogen auf das Gewicht des für die Hauptverbrennung verwendeten Primärkraftstoffs. Wünschenswerterweise wird die Sekundäreinspritzung auf eine Weise vorgenommen, die dazu führt, das sich das eingespritzte Material gründlich mit dem während der Verbrennung gebildeten NO mischt.
• Der Sekundäreinspritzwinkel kann eingestellt werden, um einen Bereich von Umwandlungswerten von NO zu NO&sub2; wie in Fig. 3 gezeigt zu liefern. Die Figur erläutert die berechnete NO-zu-NO&sub2;- Umwandlung in einem 2,5 L-4-Zylinder-Dieselmotor mit Direkte mspritzung und Turbolader mit einem Kompressionsverhältnis von 21 : 1, der mit einer Mischung aus iso-, n- und Cycloparaffin betrieben wird, die den aliphatischen Anteil eines typischen Dieselkraftstoffs repräsentieren soll (der aliphatische Anteil ist der Hauptanteil eines typischen Dieselkraftstoffs). Die Figur zeigt, dass der Sekundäreinspritzwinkel, der der Spitzenumwandlung entspricht, mit Motorlast, Geschwindigkeit und Ansaugdruck variiert. Die Daten wurden unter Verwendung eines kinetischen Modells zur Simulierung des Verhaltens eines solchen Motors erzeugt. Durch Rechtecke wiedergegebene Punkte entsprechen einer mittleren induzierten Druck- ("BMEP")-Last von 3,1 bar, 1,4 bar Ansaugdruck und einer Drehgeschwindigkeit von 2250 UpM, rautenförmige Punkte entsprechen 1,5 bar BMEP-Last, 1,4 bar Ansaugdruck und 2100 UpM Drehgeschwindigkeit, sternförmige Punkte entsprechen 3,1 bar BMEP-Last, 1,2 bar Ansaugdruck und 1550 UpM Drehgeschwindigkeit, und Kreise entsprechen 2,0 bar BMEP-Last, 1,1 bar Ansaugdruck und 1550 UpM Drehgeschwindigkeit. In der in Fig. 3 abgebildeten Simulation betrug die Menge an während der Sekundäreinspritzung eingespritztem Kraftstoff 2 Gew.% der Menge des Primärkraftstoffs.
• In der vorliegenden Erfindung findet die Sekundäreinspritzung bei einem Winkel statt, der von der Motorlast, dem Ansaugdruck, wenn ein Kompressor vorhanden ist, und der Drehgeschwindigkeit abhängt. Wie bereits erklärt wurde, führt die Sekundäreinspritzung zur Umwandlung von NO in NO&sub2; während des Expansionshubs und verringert demzufolge die Anwesenheit von NO im Abgasstrom. Wie oben erklärt vermindert sich die Umwandlung von NO zu NO&sub2;, wenn der Sekundäreinspritzwinkel von dem Winkel abweicht, der der Spitzenumwandlung von NO zu NO&sub2; entspricht. Fig. 4 zeigt jedoch, dass das Ausmaß der Umwandlungsverminderung von dem Spitzenwert annähernd unabhängig von Motorlast, Ansaugdruck, wenn ein Kompressor vorhanden ist, und Geschwindigkeit ist, wenn der Sekundäreinspritzwinkel von dem der Spitzenumwandlung entsprechenden Winkel abweicht. Die Daten von Fig. 4 wurden unter Verwendung der Daten aus Fig. 3 erzeugt, und die rechteckigen, rautenförmigen, sternförmigen und Kreisdarstellungen entsprechen den gleichen Betriebsparameterwerten wie in Fig. 3.
• Es sei darauf hingewiesen, dass in Fällen, in denen ein Kompressor verwendet wird, der Ansaugdruck stark mit Motorrotationsgeschwindigkeit korrelieren kann.
• Gemäß einer Ausführungsform wird ein gewünschter Sekundäreinspritzwinkel erhalten, indem die NO-zu-NO&sub2;-Umwandlung als Funktion des Sekundäreinspritzwinkels wie Betriebsbedingungen wie Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Abgasrezirkulationsgrad, Gas- (Luft und EGR)-Ansaugdruck, wenn ein Kompressor vorhanden ist, Motorlast und Drehgeschwindigkeit über den gesamten Motorarbeitsbereich variiert werden. Diese Messungen werden als Kalibrierung aufgezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht alle Motorparameter bei allen Motoren als Teil der Kalibrierung gemessen werden müssen, da, wie Fachleuten bekannt ist, einige Motorarbeitsparameter in Abhängigkeit von der Konfiguration des speziellen Motors und dessen Verwendung stark korrelieren können. Im Allgemeinen müssen jedoch mindestens Last und Drehgeschwindigkeit bei der Bestimmung der Kalibrierung variiert werden.
• Während des eigentlichen Motorgebrauchs werden erfindungsgemäß die Arbeitsbedingungen des Motors gemessen und die entsprechende Aufzeichnung des Sekundäreinspritzwinkels wird abgerufen. Die Einspritzventile des Motors werden dann so betrieben, dass die Sekundäreinspritzung am Optimalwinkel durch die Wirkung einer Einspritzventilsteuervorrichtung stattfindet. Der Optimalwinkel hängt wie oben gesagt von der Umwandlung von NO zu NO&sub2; ab, die an jedem Arbeitspunkt erwünscht ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kalibrierung wie folgt erhalten:
• Zuerst wird der Sekundäreinspritzeinstellwinkel an einem Referenzpunkt bestimmt, an dem die Umwandlung von NO zu NO&sub2; maximiert wird. Dieser Einstellwinkel wird als APr bezeichnet. Der Referenzpunkt wird vorzugsweise so gewählt, dass er gut im Bereich aller Parameter liegt, die zur Kalibrierung verwendet werden.
• Nachdem APr bestimmt worden ist, erfolgen Dieselmotormessungen, um das notwendige Ausmaß der Veränderungen des Einspritzwinkels zu bestimmen, um die NO-zu-NO&sub2;-Umwandlung zu maximieren, wenn Motorparameter wie Last, Geschwindigkeit und Gasansaugdruck, wenn ein Kompressor vorhanden ist, variiert werden. Der der Maximalumwandlung entsprechende Einspritzwinkel wird für Arbeitsbedingungen, die dem Arbeitsbereich des Motors entsprechen, aufgezeichnet. Der Einspritzwinkel, der der Spitzenreduktorproduktion (AP) am Motorarbeitspunkt (i) entspricht, der sich von dem Referenzpunkt (r) unterscheidet, wird als APi bezeichnet. Die Abweichung des Einspritzwinkels vom Referenzeinspritzwinkel ist daher APi-APr.
• Fachleute auf dem Sektor des Dieselmotor-Abgaskatalysatorbetriebs wissen natürlich, dass es vorteilhaft sein kann, wenn ein Teil des NOx in dem Abgasstrom in Form von NO vorliegt. In dieser Situation kann es erwünscht sein, die Umwandlung von NO zu NO&sub2; von der Spitzenumwandlung auf einen gewünschten Umwandlungswert herabzusetzen. Der gewünschte Sekundäreinspritzwinkel am Referenzarbeitspunkt (r), der dem gewünschten Umwandlungswert ADr entspricht, wird durch direkte Motormessungen bestimmt. Es ist gefunden worden, dass die gewünschte Abweichung von dem Einspritzwinkel, der der Spitzenumwandlung an jedem beliebigen Motorarbeitspunkt (i) entspricht und gleich ADi - APi ist, eine Konstante ist, die annähernd dem Wert von ADr - APr entspricht. Siehe Fig. 4. Mit anderen Worten ist gefunden worden, dass der Betrag der Abweichung des Kurbelwinkels zwischen dem Sekundäreinspritzwinkel, der der Spitzenreduktionsmittelerzeugung an jedem beliebigen Arbeitspunkt (i) entspricht, und der Winkel, der dem gewünschten Oxygenat/Olefin-Verhältnis und der Gesamtausbeute an gecracktem Produkt am gleichen Punkt (i) entspricht, für alle Werte von (i) annähernd konstant ist und demzufolge am Referenzwert (r) abgeschätzt werden kann.
• Zusammengefasst werden in dieser Ausführungsform die Parameter APr und ADr - APr und der Vektor APi als Kalibrierung unter Verwendung direkter Motormessungen ermittelt. Der Betrag der Umwandlung von NO zu NO&sub2; kann später während des eigentlichen Motorgebrauchs optimiert werden, indem der Arbeitspunkt (i) des Motors ermittelt wird, der einer speziellen Arbeitsbedingung entspricht, und dann der gewünschte Kurbelwinkel für die Sekundäreinspritzung ADi aus der Beziehung ADi = APr + (APi - APr) + (ADi - APi) bestimmt wird, wobei ADi - APi für alle (i) gleich ADr - APr ist.
• Kalibrierungspunkte werden unter jenen Werten von Motorlast und Geschwindigkeit ausgewählt, die dem gewünschten Arbeitsbereich des Motors entsprechen. Die speziellen gewählten Punkte hängen von dem speziellen verwendeten Katalysator und dem in dem Abgasstrom vor dem Abgaskatalysator erwünschten NO&sub2;-zu-NO-Verhältnis als Funktion von Motorlast und Geschwindigkeit ab.
• Die katalytische Umwandlung von NOx-Spezies findet in einem Temperaturbereich statt, in dem der Abgaskatalysator arbeitet. Abgaskatalysatortemperatur bei jeder speziellen Geschwindigkeit wird hauptsächlich durch die Arbeitslast bestimmt. Demzufolge wird bei jeder speziellen Geschwindigkeit in dem Arbeitsbereich der minimale Last-Geschwindigkeits-Kalibrierungspunkt bei der Last ausgewählt, die einer Abgastemperatur am Anfang des funktionsfähigen Bereichs entspricht. Der maximale Last-Geschwindigkeits-Kalibrierungspunkt bei dieser Geschwindigkeit wird bei einer Last entsprechend einer Abgaskatalysatortemperatur am oberen Ende des Arbeitstemperaturbereichs des Katalysators gewählt, vorausgesetzt, dass die Last nicht die Maximallast des Motors für die gewählte Geschwindigkeit übersteigt.
• In der Praxis werden während der Kalibrierung eines Dieselmotors bei Geschwindigkeiten, die den gewünschten Arbeitsbereich überspannen, Kalibrierungspunkte ausgewählt, und Maximal- und Minimallastwert werden für jede Geschwindigkeit wie oben beschrieben bestimmt. Innerhalb des Bereichs dieser Maximal- und Minimallastwerte werden andere Kalibrierungspunkte ausgewählt, bei denen erhöhte NOx-Produktion beobachtet wird.
• Die genaue Anzahl der Kalibrierungspunkte hängt sowohl von dem Typ des Dieselmotors als auch der Weise ab, in der der Motor verwendet wird. In Fällen, in denen beispielsweise ein Motor kontinuierlich mit konstanter Last und Geschwindigkeit betrieben wird, mag zur Durchführung der Erfindung ein einziger Kalibrierungspunkt ausreichen. In anderen Fällen wie jenen, in denen ein Motor über den gesamten Arbeitsbereich des Motors rasch wechselnden Last- und Geschwindigkeitsbedingungen ausgesetzt ist, schließen Kalibrierungspunkte möglicherweise Minimal- und Maximallastwerte bei repräsentativen Geschwindigkeiten sowie Kalibrierungspunkte innerhalb dieser Minimal- und Maximalwerte bei Last-Geschwindigkeitspunkten ein, die erhöhter NOx-Produktion entsprechen. Der Elementary Urban Driving Cycle + Extra-Urban Driving Cycle (E.C.E.R15 - E.U.D.C.)-Zyklus ist für diesen Fall repräsentativ. Dieser Fahrzyklus ist in der Direktive 91/441/E.E.C gemäß der Änderung nach 96/69/E.C. als Typ 1 Test, Emissionstestcyclus, beschrieben.
• Es ist nicht notwendig, einen Kalibrierungswert an jedem Arbeitspunkt im Arbeitsbereich des Motors zu erhalten, der NOx- Produktion zeigt.
• Eine ausreichende Anzahl von Kalibrierungspunkten ist erhalten worden, wenn Standard-Interpolationsverfahren, die Fachleuten bekannt sind, verwendet werden können, um den Kurbelwinkel für die Sekundäreinspritzung entsprechend der Spitzenreduktorerzeugung an jedem Arbeitspunkt des Motors zu ermitteln.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung wie in Fig. 2 gezeigt implementiert. Fig. 2 zeigt ein Kraftstoffvorratsgefäß (1), das mit Kraftstoffpumpe (2) verbunden ist. Kraftstoff verlässt die Kraftstoffpumpe unter hohem Druck und wird an eine Verteilerleitung (3) abgegeben. Eine Einspritzventilsteuerungseinheit (5) nimmt über Sensoren (7) Motorlast- und Geschwindigkeitsinformation wahr. Die Einspritzventilsteuereinheit bestimmt den Motorarbeitspunkt (i) und berechnet die gewünschte Einspritzung von Winkel ADi. Die Einspritzventilsteuereinheit erzeugt ein Signal (6), die die Einspritzventile (4) des Motors an dem richtigen Kurbelwinkel aktiviert, so dass die Sekundäreinspritzung an dem gewünschten Kurbelwinkel ADi in jedem der Zylinder des Motors stattfindet.
• Wie leicht erkennbar ist, gibt es bei Dieselmotoren verschiedene Modelle. Die Beziehung zwischen der Kraftstoffverbrauchsbedingung und den Charakteristika des Abgases lässt sich für jeden Modellmotor leicht bestimmen. Aus diesen kann jeder Fachmann durch Einspritzen festgesetzter Kohlenwasserstoffmengen in den Zylinder zu einem festgelegten Zeitpunkt während seines Expansions- oder Leistungshubs die Abgaszusammensetzung einstellen. Dadurch kann der Motor vom Standpunkt der Erbringung von Maximalleistung und Effizienz optimiert werden und gleichzeitig Abgas ermöglicht werden, das ein passendes NO&sub2;-zu-NO-Verhältnis in dem Abgasentgiftungskatalysator hat. Fachleute wissen, dass viele derzeit verwendete Abgasentgiftungskatalysatoren NOx-Abgasspezies in Gegenwart eines optimalen NO&sub2;-zu-NO-Verhältnisses in den NOx-Abgasspezies effizienter zersetzen. Wenn diese Abgasentgiftungskatalysatoren vorhanden sind, sollten Sekundärkohlenwasserstoffeinspritzeinstellung und -menge auf das richtige Verhältnis eingestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass NO und NO&sub2; für im Wesentlichen alle der im Motor erzeugten NOx-Verbindungen stehen. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die Umwandlung von NO in NO&sub2; auch durch das Ausmaß des Mischens des während der Verbrennung des Primärkraftstoff gebildeten NO mit dem sekundär eingespritzten Kraftstoff beeinflusst wird. Je inniger das Mischen zwischen dem NO und dem sekundär eingespritzten Kraftstoff ist, um so größer ist die Umwandlung von NO in NO&sub2;. Die Spitzenumwandlung von NO zu NO&sub2;, die aus der Sekundäreinspritzung an einem gegebenen Kurbelwinkel und unter gegebenen Motorarbeitsbedingungen resultiert, findet statt, wenn das NO und das Sekundäreinspritzmaterial vollständig miteinander vermischt sind.
• Sekundäreinspritzung führt zur Bildung gecrackter Produkte, die Oxygenate, ungesättigte Verbindungen und sauerstoffhaltige ungesättigte Verbindungen umfassen. Fachleute wissen, dass diese Verbindungen als Reduktionsmittel für NOx wirken können. Fig. 5 zeigt, dass es an einigen Arbeitspunkten des Motors möglich ist, einen Sekundäreinspritzwinkel auszuwählen, der sowohl hoher Reduktionsmittel als auch hoher Umwandlung von NO in NO&sub2; entspricht.
• Die Menge des eingespritzten Sekundärkohlenwasserstoffs hängt teilweise von der in dem Abgas als NOx-Reduktionsmittel erforderlichen Kohlenwasserstoffmenge ab. Diese Menge liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des eingespritzten Primärkraftstoffs. Die Menge des eingespritzten Sekundärmaterials hängt auch von dem gewünschten NO-zu-NO&sub2;-Verhältnis ab. Fig. 6 erläutert die Beziehung zwischen NO-zu-NO&sub2;- Umwandlung als Funktion des molaren Kohlenwasserstoff-zu-NO- Verhältnisses. Die Figur zeigt, dass, wenn beispielsweise 75% NO-zu-NO&sub2;-Umwandlung über den Arbeitsbereich des Motors erwünscht sind, das minimale molare Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu NO 5 : 1 beträgt. Ein Molverhältnis von 5 : 1 entspricht einer Menge an Sekundäreinspritzmaterial von etwa 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Primärkraftstoffbeschickung.
• In Fig. 6 entsprechen die rechteckigen, rautenförmigen und sternförmigen Punkten den gleichen Motorparametern wie in den Fig. 3 und 4. Punkte, die 2,0 bar BMEP-Last, 1,1 bar Ansaugdruck und 1550 UpM Drehgeschwindigkeit entsprechen, werden jedoch durch leere Rechtecke und nicht durch Kreise wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Das Molverhältnis ist dasjenige der C&sub1;-Komponente in dem Kraftstoff zu dem NO in dem Abgasstrom.

Claims (7)

1. Verfahren zum Variieren der relativen Konzentration von NO&sub2;- zu NO-Verbindungen, die in einem dieselbetriebenen Motorzylinder gebildet werden, ohne die Leistung des Motors wesentlich zu vermindern, bei dem

(a) an einem oder mehreren festgelegten Motorarbeitspunkten eine Kalibrierungsmenge Kohlenwasserstoff und ein Kalibrierungskurbelwinkelwert zum Injizieren des Kohlenwasserstoffs in den dieselbetriebenen Motorzylinder während eines Expansionshubs nach der Injektion einer Primärkraftstoffcharge in den Motorzylinder während eines Ansaughubs ermittelt wird, so dass in dem Abgasstrom des Motors ein erwünschtes Verhältnis von NO&sub2; zu NO erhalten wird, und dann während des Betriebs des Motors

(b) der Arbeitspunkt des Motors gemessen wird,

(c) ein Kurbelwinkelwert und eine Kohlenwasserstoffmenge zur Injektion während des Expansionshubs nach der Injektion der Primärkraftstoffcharge während des Ansaughubs an dem gemessenen Arbeitspunkt aus den Kalibrierungskurbelwinkelwerten und Kalibrierungskohlenwasserstoffmengen an den festgelegten Arbeitspunkten ermittelt werden, wenn der gemessene Arbeitspunkt der gleiche wie einer der festgelegten Arbeitspunkte ist, und, wenn der gemessene Arbeitspunkt sich von den festgelegten Arbeitspunkten unterscheidet, die Kohlenwasserstoffmenge und der Kurbelwinkel für die Injektion während des Expansionshubs durch Interpolation zwischen den Kalibrierungskurbelwinkelwerten und den Kalibrierungskohlenwasserstoffmengen an den festgelegten Arbeitspunkten bestimmt wird,

(d) die Kohlenwasserstoffmenge während des Expansionshubs an dem Kurbelwinkel in den Motorzylinder eingespritzt wird,

(e) Stufen (c) und (d) immer dann wiederholt werden, wenn sich der Arbeitspunkt in Stufe (b) ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Arbeitspunkt des Motors aus mindestens einem aus Motorlast, Motorgeschwindigkeit und Ansauggasdruck bestimmt wird, wenn ein Ansauggaskompressor vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kurbelwinkel bei der Einspritzung im Bereich von etwa 20º nach dem oberen Totpunkt bis etwa 180º nach dem oberen Totpunkt liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kohlenwasserstoffmenge, die während des Expansionshubs eingespritzt wird, im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.% liegt, bezogen auf das Gewicht der Primärkraftstoffcharge des Motors.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der eingespritzte Kohlenwasserstoff der gleiche wie der Primärkraftstoff ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der eingespritzte Kohlenwasserstoff von dem Primärkraftstoff verschieden ist, und der Kohlenwasserstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Iso-, Cyclo- und n-Paraffinen und Mischungen derselben.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Stufe (a) die Kalibrierungsmenge des Kohlenwasserstoffs im Bereich von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gewicht der Primärkraftstoffcharge des Motors, der Kohlenwasserstoff der gleiche wie der Primärkraftstoff ist und der Kalibrierungskurbelwinkelwert im Bereich von etwa 20º nach dem oberen Totpunkt bis etwa 180º nach dem oberen Totpunkt liegt.