DE102010039020A1 - Method and apparatus for regeneration of a particulate filter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Einleitung einer Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, die in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter einen Katalysator aufweist, wobei die Regeneration des Partikelfilters durch einen oxidativen Abbrand der Partikel während der Regenerationsphase erfolgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, aber bei noch unzureichender Temperatur für eine Regeneration des Partikelfilters zeitweise Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur vor bzw. in dem Partikelfilter ergriffen werden. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung mit einer Steuereinheit, bei der mittels einer in dieser implementierten Programmroutine zeitlich begrenzte Maßnahmen zur gezielten Erhöhung der Temperatur vor bzw. in dem Partikelfilter durchführbar sind. Vorteilhaft ist dabei, dass die Regeneration des Partikelfilters gezielt bei Betriebszuständen, die noch keine selbstständig ablaufende Regeneration zulassen, eingeleitet werden kann, falls eine Regeneration erforderlich ist. Gleichzeitig kann während der Regeneration für alle sonstigen schädlichen Abgaskomponenten eine ausreichende Konvertierung gewährleistet werden. Hierzu kann die Sensorik der Lambdasonden um den Partikelfilter verwendet werden. Ein bevorzugte Verwendung des Verfahrens sieht den Einsatz bei Otto-Motoren vor.The invention relates to a method for the targeted initiation of a regeneration of a particle filter in an exhaust duct of an internal combustion engine, which has a catalyst downstream of the particle filter in the flow direction of the exhaust gas, the regeneration of the particle filter taking place by oxidative burning of the particles during the regeneration phase. According to the invention it is provided that when the internal combustion engine is warm, but when the temperature is still insufficient for a regeneration of the particle filter, measures are taken to increase the exhaust gas temperature before or in the particle filter. The invention also relates to a corresponding device with a control unit in which, by means of a program routine implemented in this, time-limited measures can be carried out for the targeted increase of the temperature in front of or in the particle filter. It is advantageous here that the regeneration of the particle filter can be initiated in a targeted manner in operating states that do not yet allow regeneration to take place independently, if regeneration is necessary. At the same time, sufficient conversion can be ensured for all other harmful exhaust gas components during regeneration. The sensors of the lambda probes around the particle filter can be used for this. A preferred use of the method provides for use in Otto engines.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Einleitung einer Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, die in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter einen Katalysator aufweist, wobei die Regeneration des Partikelfilters durch einen oxidativen Abbrand der Partikel während der Regenerationsphase erfolgt.The invention relates to a method for the targeted initiation of a regeneration of a particulate filter in an exhaust passage of an internal combustion engine having a catalyst downstream of the particulate filter in the flow direction of the exhaust gas, the regeneration of the particulate filter being effected by an oxidative combustion of the particles during the regeneration phase.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Zur Reduzierung der Partikelemission von Dieselmotoren und zukünftig verstärkt auch von Otto-Motoren (Grenzwerte nach EU6 ab 2014) werden Partikelfilter in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Abgas wird durch den Partikelfilter geleitet, der die in dem Abgas befindlichen Feststoffpartikel abscheidet und in einem Filtersubstrat zurückhält. Durch die in dem Filtersubstrat eingelagerten Rußmassen setzt sich der Partikelfilter mit der Zeit zu, was sich in einer Erhöhung des Abgasgegendrucks mit negativer Auswirkung auf die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch bemerkbar macht. Aus diesem Grund muss die eingelagerte Rußmasse von Zeit zu Zeit ausgetragen werden. Diese Filterregeneration erfolgt während gesonderter Regenerationsphasen über einen oxidativen Abbrand der Partikel, der als exotherme Reaktion selbstständig abläuft, sofern eine Abgastemperatur von mindestens 580°C und eine genügend hohe Sauerstoffkonzentration in dem Abgas vorliegen. Über die Zusammensetzung des Abgases und die Abgastemperatur kann der Verlauf der Regeneration gesteuert werden.Particle filters are used in the exhaust duct of the internal combustion engines to reduce particulate emissions from diesel engines and, increasingly, in the future also from gasoline engines (limit values to EU6 from 2014). The exhaust gas is passed through the particulate filter, which deposits the particulate matter contained in the exhaust gas and retains it in a filter substrate. As a result of the soot masses stored in the filter substrate, the particle filter increases over time, which is manifested by an increase in the exhaust gas counterpressure with a negative effect on engine performance and fuel consumption. For this reason, the stored soot mass must be discharged from time to time. This filter regeneration takes place during separate regeneration phases via an oxidative burnup of the particles, which takes place automatically as an exothermic reaction, provided that an exhaust gas temperature of at least 580 ° C. and a sufficiently high oxygen concentration are present in the exhaust gas. About the composition of the exhaust gas and the exhaust gas temperature, the course of the regeneration can be controlled.

Neben dem Partikelfilter erfordert die Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen weitere Komponenten. So werden bei Ottomotoren, welche nach einem Homogenkonzept betrieben werden, die Schadstoffe Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) über einen Dreiwegekatalysator umgesetzt. Bei Magerkonzepten ist zumeist ein Speicherkatalysator für Stickoxide nachgeschaltet. Ein geringst möglicher Schadstoffausstoß wird durch eine Lambda-Regelung erreicht, wobei das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch auf Basis der in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffkonzentration geregelt wird. Der in dem Abgas vorliegende Sauerstoffanteil wird durch einen Lambda-Wert beschrieben, der für eine stöchiometrische Verbrennung den Wert 1, bei einem Sauerstoff-Überschuss einen Wert > 1 und für einen Sauerstoff-Mangel einen Wert < 1 erhält. Der Lambda-Wert wird durch entsprechende Lambdasonden, welche in dem Abgaskanal angeordnet sind, gemessen.In addition to the particulate filter, the exhaust aftertreatment of internal combustion engines requires additional components. Thus, in gasoline engines, which are operated according to a homogeneous concept, the pollutants hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO x ) are converted via a three-way catalyst. For lean concepts, a storage catalytic converter for nitrogen oxides is usually connected downstream. A lowest possible emission of pollutants is achieved by a lambda control, wherein the internal combustion engine supplied fuel-air mixture is controlled on the basis of the present in the exhaust gas oxygen concentration. The oxygen content present in the exhaust gas is described by a lambda value which is 1 for stoichiometric combustion,> 1 for oxygen excess and <1 for oxygen deficiency. The lambda value is measured by corresponding lambda probes arranged in the exhaust gas duct.

Die Regeneration des Partikelfilters erfolgt in der Regel, wenn, wie oben bereits erwähnt, ein Grenzwert für einen Abgasgegendruck überschritten wird. Dies kann durch ein geeignetes Modell erfasst und über eine Differenzdruckmessung abgeglichen werden. Die Rußoxidation und somit die Regeneration des Filters wird dabei maßgeblich von der Abgastemperatur und dem Restsauerstoffgehalt beeinflusst. Da zum Abbrand der Partikel ein Sauerstoff-Überschuss im Abgas vorhanden sein muss, kann in dieser Phase die Gemischzusammensetzung der Brennkaftmaschine nicht frei nach den Anforderungen des Fahrbetriebs gewählt werden. Es ist daher wünschenswert, ein Ende der Regeneration zu bestimmen um auf normalen Fahrbetrieb umstellen zu können.The regeneration of the particulate filter usually takes place when, as already mentioned above, a limit value for an exhaust counterpressure is exceeded. This can be detected by a suitable model and compared via a differential pressure measurement. The soot oxidation and thus the regeneration of the filter is significantly influenced by the exhaust gas temperature and the residual oxygen content. Since the combustion of the particles requires an excess of oxygen in the exhaust gas, in this phase the mixture composition of the internal combustion engine can not be freely selected according to the requirements of the driving operation. It is therefore desirable to be able to determine an end of the regeneration in order to be able to switch to normal driving operation.

Aus einer noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin mit der amtlichen Anmeldenummer DE 10 2009 028237.8 ist ein Verfahren zur Überwachung und Regelung der Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Regeneration des Partikelfilters durch einen oxidativen Abbrand der Partikel während einer Regenerationsphase erfolgt. Dabei ist vorgesehen, dass während der Regenerationsphase des Partikelfilters die Brennkraftmaschine zumindest zeitweise während Magerbetriebsphasen oder während einer Gemischoszillation in einem mageren Betriebspunkt betrieben wird und dass über den zeitlichen Verlauf eines zweiten Signals einer in Abgasrichtung nach dem Partikelfilter angeordneten zweiten Lambdasonde oder einer daraus abgeleiteten zweiten Kenngröße im Vergleich zu dem zeitlichen Verlauf eines ersten Signals einer in Abgasrichtung vor dem Partikelfilter angeordneten ersten Lambdasonde oder einer daraus abgeleiteten ersten Kenngröße während der Magerbetriebsphasen oder während der Gemischoszillation die Regeneration des Partikelfilters überwacht wird. Nachteilig ist hierbei dass die Regeneration innerhalb einer Magerphase stattfindet, in der andere schädliche Abgaskomponenten nicht optimal entfernt werden können.From a not yet published patent application of the applicant with the official application number DE 10 2009 028237.8 a method for monitoring and controlling the regeneration of a particulate filter in an exhaust passage of an internal combustion engine is known, wherein the regeneration of the particulate filter is carried out by an oxidative combustion of the particles during a regeneration phase. It is provided that during the regeneration phase of the particulate filter, the internal combustion engine is operated at least temporarily during lean operating phases or during a Gemischoszillation in a lean operating point and that over the time course of a second signal disposed in the exhaust direction after the particulate filter second lambda probe or a second characteristic derived therefrom compared to the time course of a first signal of a first lambda probe disposed in front of the particulate filter in the exhaust gas direction or a first characteristic derived therefrom during the lean operating phases or during the Gemischoszillation the regeneration of the particulate filter is monitored. The disadvantage here is that the regeneration takes place within a lean phase in which other harmful exhaust gas components can not be optimally removed.

Da zudem nicht sichergestellt werden kann, dass sich der Motor regelmäßig in einem Betriebszustand befindet, in der die Regeneration des Partikelfilters selbstständig ablaufen kann, müssen auch Möglichkeiten für eine Zwangseinleitung der Regeneration vorhanden sein.In addition, since it can not be ensured that the engine is regularly in an operating state in which the regeneration of the particulate filter can proceed on its own, there must also be possibilities for forced initiation of the regeneration.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Zwangseinleitung der Regeneration bereitzustellen, welches eine zuverlässige Regelung und Überwachung der Regeneration des Partikelfilters ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a method for forced initiation of regeneration, which allows reliable control and monitoring of the regeneration of the particulate filter.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen. It is a further object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass im warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, aber bei noch unzureichender Temperatur für eine Regeneration des Partikelfilters zeitweise Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur vor bzw. in dem Partikelfilter ergriffen werden.The object of the invention relating to the method is achieved by temporarily taking measures to increase the exhaust gas temperature before or in the particle filter in the warm operating state of the internal combustion engine, but at a temperature which is still insufficient for regeneration of the particulate filter.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit aufweist, mit der die Einleitung, Steuerung und Überwachung der Regeneration des Partikelfilters erfolgt und mit der Signale einer in Abgasrichtung vor dem Partikelfilter angeordneten ersten Lambdasonde, Signale einer in Abgasrichtung hinter dem Partikelfilter bzw. hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Lambdasonde und/oder Signale von mindestens einem Temperaturfühler auswertbar sind, wobei mit einer in der Steuereinheit implementierten Programmroutine zeitlich begrenzte Maßnahmen zur gezielten Erhöhung der Temperatur vor bzw. in dem Partikelfilter durchführbar sind.The object concerning the device is achieved in that the device has a control unit with which the initiation, control and monitoring of the regeneration of the particulate filter takes place and with the signals of a first lambda probe arranged upstream of the particulate filter in the exhaust gas direction, signals downstream of the particulate filter in the exhaust gas direction or arranged behind the catalyst second lambda probe and / or signals from at least one temperature sensor can be evaluated, with a program routine implemented in the control unit time-limited measures for the targeted increase in temperature before or in the particulate filter are feasible.

Bei der Regeneration eines Partikelfilters macht man sich zunutze, dass, wenn die Abgastemperatur in einem Bereich liegt, welcher eine Regeneration ermöglicht, die Regeneration unter Einhaltung der Konvertierung für die anderen Schadstoffkomponenten automatisch abläuft, da im Rohabgas immer noch ein gewisser Restsauerstoffanteil (0,5 bis 0,7%) anliegt. Zudem kann unter geeigneten Bedingungen auch eine Regeneration über das so genannte heterogene Wassergasgleichgewichtsreaktion (C + H2O ←→ CO + H2) erfolgen. Dabei macht man sich zu Nutze, dass sich bei Sauerstoffmangel die Reaktionskinetik zur Regeneration des Partikelfilters ändert. Hierbei ist kein zusätzlicher Sauerstoff im Abgas erforderlich. Das Wasser liegt immer im Abgas aus der Verbrennung vor. Diese Reaktion läuft allerdings nur bei höheren Temperaturen, d. h. > 800°C, ab. Die Erfordernis für eine Regeneration des Partikelfilters kann aus einem geeigneten Modell oder mittels einer entsprechenden Sensorik, z. B. Differenzdruckmessung, erkannt werden, wobei für die Einleitung der Regeneration zunächst die weiteren Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise die Abgastemperatur sowie die aktuelle Betriebsart geprüft werden.In the regeneration of a particulate filter makes use of the fact that, if the exhaust gas temperature is in a range which allows regeneration, the regeneration automatically proceeds in compliance with the conversion for the other pollutant components, as in the raw exhaust still has a certain residual oxygen content (0.5 to 0.7%). In addition, under appropriate conditions can also be effected via a regeneration of the so-called heterogeneous water-gas equilibrium reaction (C + H 2 O ← → CO + H 2). One makes use of the fact that changes in the lack of oxygen, the reaction kinetics for the regeneration of the particulate filter. In this case, no additional oxygen in the exhaust gas is required. The water is always present in the exhaust gas from the combustion. However, this reaction only occurs at higher temperatures, ie> 800 ° C. The requirement for regeneration of the particulate filter can be from a suitable model or by means of a corresponding sensor, for. B. differential pressure measurement, are detected, with the introduction of the regeneration first the other environmental conditions, such as the exhaust gas temperature and the current mode are checked.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung kann eine Regeneration des Partikelfilters auch innerhalb von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eingeleitet werden, in denen die Umgebungsbedingungen für die Regeneration nicht optimal sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Brennkraftmaschine sehr lange im Teillastbetrieb oder bei kleinen Lasten betrieben wird, wie dies beispielsweise im Stadtverkehr oft der Fall ist. Zudem muss auch während dieser Phase für alle schädlichen Abgaskomponenten eine ausreichende Konvertierung sichergestellt werden, was ebenfalls mit dem Verfahren erreicht werden kann.With the method and the device, a regeneration of the particulate filter can also be initiated within operating states of the internal combustion engine, in which the environmental conditions for the regeneration are not optimal. This is the case, for example, if the internal combustion engine is operated for a very long time in part-load operation or at low loads, as is often the case, for example, in city traffic. In addition, sufficient conversion must be ensured during this phase for all harmful exhaust gas components, which can also be achieved with the process.

Eine Möglichkeit hierfür ist eine gezielte Wirkungsgradverschlechterung mit dem Ziel, die Abgastemperatur zu erhöhen. Hierzu können Strategien benutzt werden, die üblicherweise zum Aufheizen eines Katalysators bei noch kaltem Motor dienen. Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht daher vor, dass zur gezielten Einleitung der Regeneration des Partikelfilters der Zündwinkel in Richtung eines späten Zündzeitpunktes verschoben wird und somit die exotherme Reaktion zunehmend in den Auslasstakt zu verlagern, was zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt, wodurch die Regeneration des Partikelfilters, wie zuvor beschrieben, von selbst ablaufen kann.One possibility for this is targeted efficiency degradation with the aim of increasing the exhaust gas temperature. For this purpose, strategies can be used, which are usually used to heat a catalyst with still cold engine. A preferred variant of the method therefore provides that the ignition angle is shifted in the direction of a late ignition point for targeted initiation of the regeneration of the particulate filter and thus increasingly shift the exothermic reaction into the exhaust stroke, which leads to an increase in the exhaust gas temperature, whereby the regeneration of the particulate filter, as described above, can proceed by itself.

Um die Wirkungsgradverschlechterung und den damit verbundenen Momentenverlust auszugleichen, kann dabei vorgesehen sein, dass während der Verschiebung des Zündwinkels eine Drosselung der Brennkraftmaschine zurückgenommen wird. Da weiterhin auf ein stöchiometrisches Luftverhältnis geregelt wird, ist diese Strategie abgasneutral, d. h. es kann eine ausreichende Konvertierung aller schädlichen Abgaskomponenten sichergestellt werden. Aufgrund der Wirkungsgradverschlechterung muss in dieser Regenerationsphase allerdings ein gewisser Mehrverbrauch in Kauf genommen werden.To compensate for the deterioration in efficiency and the associated loss of torque, it can be provided that a throttling of the internal combustion engine is withdrawn during the displacement of the ignition angle. Since it is still regulated to a stoichiometric air ratio, this strategy is exhaust-neutral, d. H. It can ensure a sufficient conversion of all harmful exhaust gas components. Due to the deterioration in efficiency, however, a certain increase in consumption must be accepted in this regeneration phase.

Neben der reinen Spätverstellung kann in einer anderen Verfahrensvariante zusätzlich zu der Spätverstellung des Zündwinkels die so genannte Betriebsart Homogen-Split (HSP) eingesetzt werden. Diese Betriebsart wird beispielsweise verwendet, um den Katalysator nach der Startphase, d. h. bei noch kaltem Motor, möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu bringen. Hierbei wird eine stabilisierend wirkende zweite Einspritzung im Kompressionstakt genutzt, um die Zündung extrem zu verzögern, so dass ein großer Anteil der Verbrennungsenergie zur Erhöhung der Abgasenthalpie genutzt werden kann, was bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Verfahrens den Partikelfilter in sehr kurzer Zeit (innerhalb wenige Sekunden) auf die für die Regeneration notwendige Betriebstemperatur erwärmt. Durch diese zweite oder ggf. durch weitere Einspritzung kann eine hohe Zündsicherheit erreicht werden. Zudem kann durch eine Platzierung des fetten Gemischs in Zündkerzennähe eine erhöhte Durchbrandstabilität erzielt werden.In addition to the retardation, in another variant of the method, in addition to the retardation of the ignition angle, the so-called homogeneous-split (HSP) operating mode can be used. This mode of operation is used, for example, to remove the catalyst after the startup phase, i. H. when the engine is still cold, to bring it up to operating temperature as quickly as possible. In this case, a stabilizing second injection in the compression stroke is used to delay the ignition extremely, so that a large proportion of the combustion energy can be used to increase the exhaust gas enthalpy, which in the inventive application of the method, the particulate filter in a very short time (within a few seconds ) is heated to the operating temperature necessary for the regeneration. By this second or possibly by further injection high ignition safety can be achieved. In addition, an increased burn-through stability can be achieved by placing the rich mixture close to the spark plug.

Eine weitere Möglichkeit zur aktiven Einleitung der Regeneration ist die Erhöhung der exothermen Reaktion in einem Dreiwegekatalysator. Dabei ist vorgesehen, dass von einem Lambdaregelbetrieb um einen Lambdawert von 1 zeitlich begrenzt auf einen Lambdawert von > 1 (Magerbetrieb) geregelt und damit ein Sauerstoffspeicher des Katalysators gefüllt wird und anschließend, nach der Befüllung des Sauerstoffspeichers, ein Lambdawert von < 1 vorgesteuert wird, wodurch der Sauerstoffspeicher im Katalysator geleert wird. Dieser in Summe stark exotherme Prozess führt zur Aufheizung des Abgassystems und ist aufgrund des Summenlambdas von 1 annähernd neutral bezüglich der herkömmlichen Abgaskomponenten.Another way to actively initiate regeneration is to increase the exothermic reaction in a three-way catalyst. there is provided that controlled by a Lambdaegelbetrieb by a lambda value of 1 temporally limited to a lambda value of> 1 (lean operation) and thus an oxygen storage of the catalyst is filled and then, after the filling of the oxygen storage, a lambda value of <1 is precontrolled the oxygen storage is emptied in the catalyst. This process, which is highly exothermic in total, leads to the heating of the exhaust system and is approximately neutral with respect to the conventional exhaust gas components due to the sum lambda of 1.

Besonders wirkungsvoll kann dieser Wechsel des Lambdaregelbetriebs, welcher bislang zur Aufheizung des Katalysators oder zur Entschwefelung eines NOx-Speicherkatalysators bekannt ist, eingesetzt werden, wenn der Partikelfilter als kombinierter Partikelfilter/Katalysator ausgeführt ist und eine katalytische Beschichtung aufweist. Hierbei kann durch diese Maßnahme eine besonders effektive Aufheizung des Partikelfilters erzielt werden.This change of the Lambdaregelbetriebs, which is hitherto known for heating the catalyst or for desulfurization of a NO x storage catalytic converter, can be used particularly effectively if the particle filter is designed as a combined particle filter / catalyst and has a catalytic coating. In this case, a particularly effective heating of the particulate filter can be achieved by this measure.

Für alle aktiven Maßnahmen muss die Regeneration überwacht werden. Daher ist vorgesehen, dass als Regelgröße für die Einleitung der Regeneration sowie zur Überwachung der Regeneration die Temperatur im Partikelfilter verwendet wird, wobei diese mittels mindestens eines Temperaturfühlers, der in oder an dem Partikelfilter angeordnet ist, direkt bestimmt oder aus Signalen von Lambdasonden, welche im Abgaskanal vor bzw. hinter dem Partikelfilter und dem Katalysator angeordnet sind und zur Lambdaregelung dienen, abgeleitet oder modellhaft aus einem Abgastemperaturmodell ermittelt wird. Damit kann die Intensität und die Dauer das Aufheizvorganges gezielt beeinflusst werden.For all active measures, the regeneration must be monitored. Therefore, it is provided that the temperature in the particulate filter is used as the control variable for the initiation of regeneration and for monitoring the regeneration, which is determined directly by means of at least one temperature sensor, which is arranged in or on the particulate filter or signals from lambda probes, which in Exhaust duct are arranged in front of and behind the particulate filter and the catalyst and are used for lambda control, derived or modeled from an exhaust gas temperature model is determined. Thus, the intensity and the duration of the heating process can be specifically influenced.

Eine Vorrichtungsvariante sieht daher vor, dass innerhalb der Steuereinheit ein Abgastemperaturmodell implementiert und die Regelgröße für die Regeneration des Partikelfilters eine daraus abgeleitete modellierte Temperatur des Partikelfilters ist. Damit kann eine kontinuierliche Überwachung sichergestellt werden.A device variant therefore provides that an exhaust-gas temperature model is implemented within the control unit and the controlled variable for the regeneration of the particulate filter is a modeled temperature of the particulate filter derived therefrom. This ensures continuous monitoring.

Ein bevorzugte Verwendung des Verfahrens, wie es zuvor in seinen Varianten beschrieben wurde, sieht den Einsatz zur Regeneration eines motornahen Partikelfilters im Abgaskanal einer als Otto-Motor ausgebildeten Brennkraftmaschine mit Saugrohr- oder Direkteinspritzung vor. Vorteilhaft ist dabei, dass dabei auf bestehende Lambdasonden bzw. auf bestehende Sensorkonzepte zurückgegriffen werden kann, da im Abgaskanal von Otto-Motoren bereits Lambdasonden für die Lambda-Regelung vorgesehen sind, so dass deren Signale für die Einleitung, Steuerung und Regelung der Regeneration des Partikelfilters mit verwendet werden können, wodurch das Verfahren besonders kostengünstig bei zukünftigen Otto-Motoren mit Partikelfilter umgesetzt werden kann.A preferred use of the method, as described above in its variants, envisages the use for the regeneration of a particle filter close to the engine in the exhaust gas duct of an internal combustion engine designed as a gasoline engine with intake manifold or direct injection. The advantage here is that it can be used on existing lambda probes or on existing sensor concepts, since lambda probes are already provided for the lambda control in the exhaust duct of gasoline engines, so that their signals for the initiation, control and regulation of the regeneration of the particulate filter can be used with, whereby the process can be implemented particularly cost-effective in future gasoline engines with particulate filter.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. It shows:

1 eine Brennkraftmaschine mit einem in deren Abgaskanal angeordneten Partikelfilter und einem nachgeordneten Vor-Katalysator und einem Haupt-Katalysator oder einem LNT/SCR-Katalysator und 1 an internal combustion engine having disposed in the exhaust passage particulate filter and a downstream pre-catalyst and a main catalyst or an LNT / SCR catalyst and

2 die Brennkraftmaschine mit einem kombinierten Partikelfilter/Katalysator und einem nachgeschalteten Haupt-Katalysator oder einem LNT/SCR-Katalysator. 2 the internal combustion engine with a combined particulate filter / catalyst and a downstream main catalyst or an LNT / SCR catalyst.

1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einer Luftzuführung 11 und einem in einem Abgaskanal 12 angeordnetem Partikelfilter 15 sowie einem nachgeordneten Vor-Katalysator 17 sowie einen Haupt-Katalysator 18, der als Dreiwege-Katalysator ausgebildet sein kann. Das in dem Partikelfilter 15 und den Katalysatoren 17, 18 gereinigte Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgas-Auslass 20 abgeführt. Der Lambda-Wert des Abgases in dem Abgaskanal 12 direkt nach der Brennkraftmaschine 10 wird mittels einer ersten Lambdasonde 13 bestimmt. In diesem Bereich wird zusätzlich die Temperatur des Abgases mittels eines Temperaturfühlers 14 bestimmt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 werden Partikel in dem Partikelfilter 15 abgelagert. Dies erhöht den Abgasgegendruck. Daher muss der Partikelfilter 15 bei Bedarf freigebrannt und so regeneriert werden. Eine Regeneration kann nur stattfinden, wenn die Abgastemperatur oberhalb von etwa 580°C liegt; dies ist mit dem Temperaturfühler 14 feststellbar. Weiterhin muss ausreichend Sauerstoff für eine Verbrennung vorhanden sein. Dies ist mit der ersten Lambdasonde 13 feststellbar. Im Abgaskanal 12 nach dem Partikelfilter 15 und dem nach geordneten Vor-Katalysator 17 ist eine zweite Lambdasonde 16 angeordnet. Für eine Hinterkat-Lambdaregelung kann diese auch hinter dem Haupt-Katalysator 18 angeordnet sein. 1 shows an internal combustion engine 10 with an air supply 11 and one in an exhaust duct 12 arranged particle filter 15 and a downstream pre-catalyst 17 and a main catalyst 18 , which may be formed as a three-way catalyst. That in the particle filter 15 and the catalysts 17 . 18 cleaned exhaust gas of the internal combustion engine 10 is via an exhaust outlet 20 dissipated. The lambda value of the exhaust gas in the exhaust passage 12 directly after the internal combustion engine 10 is by means of a first lambda probe 13 certainly. In this area, in addition, the temperature of the exhaust gas by means of a temperature sensor 14 certainly. In operation of the internal combustion engine 10 become particles in the particle filter 15 deposited. This increases the exhaust back pressure. Therefore, the particulate filter needs 15 If necessary, burned free and so regenerated. Regeneration can only take place if the exhaust gas temperature is above about 580 ° C; this is with the temperature sensor 14 ascertainable. Furthermore, sufficient oxygen must be available for combustion. This is with the first lambda probe 13 ascertainable. In the exhaust duct 12 after the particle filter 15 and the downstream pre-catalyst 17 is a second lambda probe 16 arranged. For a Hinterkat lambda control this can also be behind the main catalyst 18 be arranged.

Aus dem Unterschied der Ausgangssignale der ersten Lambdasonde 13 und der zweiten Lambdasonde 16 kann bestimmt werden, inwiefern der Abbrand von Partikeln in dem Partikelfilter 15 Sauerstoff verbraucht. Ist kein Unterschied zwischen den Signalen feststellbar, ist der Abbrand beendet. Die Signale der ersten Lambdasonde 13 und der zweiten Lambdasonde 16 sowie das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 14 sind einer Steuereinheit 21 zugeführt.From the difference of the output signals of the first lambda probe 13 and the second lambda probe 16 it can be determined to what extent the burnup of particles in the particulate filter 15 Oxygen consumed. If no difference between the signals can be detected, burnup is complete. The signals of the first lambda probe 13 and the second lambda probe 16 as well as the output signal of the temperature sensor 14 are a control unit 21 fed.

In der Steuereinheit 21 ist ein Programmablauf zum Vergleich der Signale und zur Einleitung, Steuerung und Überwachung der Regeneration implementiert. Dabei ist vorgesehen, dass die Signale der ersten Lambdasonde 13, die Signale der zweiten Lambdasonde 16 und/oder Signale des Temperaturfühlers 14 als maßgebliche Regelgröße auswertbar sind, wobei mit der in der Steuereinheit 21 implementierten Programmroutine zeitlich begrenzte Maßnahmen zur gezielten Erhöhung der Temperatur vor bzw. in dem Partikelfilter 15 durchführbar sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist innerhalb der Steuereinheit 21 ein Abgastemperaturmodell implementiert. Als Regelgröße für die Regeneration des Partikelfilters 15 ist eine daraus abgeleitete modellierte Temperatur des Partikelfilters 15 vorgesehen. Die Steuereinheit 21 kann dabei in der Motorsteuerung der Brennkraftmaschinen 10, in der üblicherweise die Lambdaregelung implementiert ist, integriert sein. In the control unit 21 a program sequence for comparing the signals and for initiating, controlling and monitoring the regeneration is implemented. It is provided that the signals of the first lambda probe 13 , the signals of the second lambda probe 16 and / or signals of the temperature sensor 14 can be evaluated as a significant control variable, with the in the control unit 21 Implemented program routine time-limited measures for targeted increase in temperature before or in the particulate filter 15 are feasible. In a further embodiment is within the control unit 21 implemented an exhaust gas temperature model. As a controlled variable for the regeneration of the particulate filter 15 is a derived modeled temperature of the particulate filter 15 intended. The control unit 21 can in the engine control of internal combustion engines 10 , in which the lambda control is usually implemented, be integrated.

Dieser prinzipielle Aufbau ist für eine Betriebsvariante gezeigt, bei der auf einen Lambdawert von 1 geregelt wird. Für eine Mager-Betriebsart mit einem Lambdawert λ > 1 kann alternativ statt des Haupt-Katalysators 18 ein LNT/SCR-Katalysator 19 vorgesehen sein. LNT steht dabei für „lean NOx trap” oder „Mager-NOx-Fallen” und bezeichnet einen Katalysator, dessen Oberfläche mit Bariumsalzen und Platin oder anderen Edelmetallen imprägniert ist, und somit Stickoxide aus dem Motorabgas adsorbiert werden können. SCR steht für „selective catalytic reduction” und bezeichnet eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Abgasen. Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist selektiv, das heißt, es werden bevorzugt die Stickoxide reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen (wie zum Beispiel die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid) weitgehend unterdrückt werden. Diese Stickoxide, typischerweise NO und NO2 können an der Katalysatoroberfläche gespeichert werden. Wird ein derartiger Katalysator periodisch einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgesetzt, können diese Stickoxide in Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden.This basic structure is shown for an operating variant in which a lambda value of 1 is regulated. For a lean mode with a lambda value λ> 1, alternatively, instead of the main catalyst 18 an LNT / SCR catalyst 19 be provided. LNT stands for "lean NO x trap" or "lean NO x traps" and refers to a catalyst whose surface is impregnated with barium salts and platinum or other precious metals, and thus nitrogen oxides can be adsorbed from the engine exhaust. SCR stands for "selective catalytic reduction" and refers to a selective catalytic reduction of nitrogen oxides in exhaust gases. The chemical reaction on the SCR catalyst is selective, that is, it is preferably the nitrogen oxides reduced, while undesirable side reactions (such as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide) are largely suppressed. These nitrogen oxides, typically NO and NO 2, can be stored on the catalyst surface. If such a catalyst periodically exposed to a rich fuel-air mixture, these nitrogen oxides can be converted into nitrogen, carbon dioxide and water.

2 zeigt die schematische Anordnung aus 1 in einer modifizierten Anordnung. Im Unterschied zu 1 ist hier der Partikelfilter 15 und der Vor-Katalysator 17 zu einem kombinierten Partikelfilter/Katalysator zusammengefasst, wobei der Partikelfilter eine katalytische Beschichtung aufweist. Auch hierbei ist für eine Betriebsvariante, bei der auf einen Lambdawert von 1 geregelt wird, ein Haupt-Katalysator 18 vorgesehen. Für eine Mager-Betriebsart mit einem Lambdawert λ > 1 kann, wie in 1 gezeigt, alternativ statt des Haupt-Katalysators 18 ein LNT/SCR-Katalysator 19 vorgesehen sein. 2 shows the schematic arrangement 1 in a modified arrangement. In contrast to 1 here is the particle filter 15 and the pre-catalyst 17 combined into a combined particulate filter / catalyst, wherein the particulate filter has a catalytic coating. Here, too, is a main catalyst for an operating variant in which is controlled to a lambda value of 1, a main catalyst 18 intended. For a lean mode with a lambda value λ> 1, as in 1 shown, alternatively, instead of the main catalyst 18 an LNT / SCR catalyst 19 be provided.

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Claims (10)

Verfahren zur gezielten Einleitung einer Regeneration eines Partikelfilters (15) in einem Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine (10), die in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter (15) einen Katalysator (17, 18) aufweist, wobei die Regeneration des Partikelfilters (15) durch einen oxidativen Abbrand der Partikel während der Regenerationsphase erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass im warmen Betriebszustand der Brennkraftmaschine (10), aber bei noch unzureichender Temperatur für eine Regeneration des Partikelfilters (15) zeitweise Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur vor bzw. indem Partikelfilter (15) ergriffen werden.Method for the targeted initiation of a regeneration of a particulate filter ( 15 ) in an exhaust duct ( 12 ) an internal combustion engine ( 10 ), which in the flow direction of the exhaust gas behind the particulate filter ( 15 ) a catalyst ( 17 . 18 ), wherein the regeneration of the particulate filter ( 15 ) by an oxidative combustion of the particles during the regeneration phase, characterized in that in the warm operating state of the internal combustion engine ( 10 ), but at still insufficient temperature for a regeneration of the particulate filter ( 15 ) temporary measures to increase the exhaust gas temperature before or by particulate filter ( 15 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Einleitung der Regeneration des Partikelfilters (15) der Zündwinkel in Richtung eines späten Zündzeitpunktes verschoben wird.A method according to claim 1, characterized in that for the targeted initiation of the regeneration of the particulate filter ( 15 ) the firing angle is shifted in the direction of a late ignition timing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dass während der Verschiebung des Zündwinkels eine Drosselung der Brennkraftmaschine zurückgenommen wird.Method according to one of claims 1 or 2, that during the displacement of the ignition angle, a throttling of the internal combustion engine is withdrawn. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Spätverstellung des Zündwinkels die Betriebsart Homogen-Split eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition to the retardation of the ignition angle, the operating mode homogeneous split is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Lambdaregelbetrieb um einen Lambdawert von 1 zeitlich begrenzt auf einen Lambdawert von > 1 geregelt und damit ein Sauerstoffspeicher des Katalysators (17, 18) gefüllt wird und anschließend, nach der Befüllung des Sauerstoffspeichers, ein Lambdawert von < 1 vorgesteuert wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that controlled by a Lambdaegelbetrieb by a lambda value of 1 temporally limited to a lambda value of> 1 and thus an oxygen storage of the catalyst ( 17 . 18 ) is filled and then, after the filling of the oxygen storage, a lambda value of <1 is precontrolled. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Lambdaregelbetriebs bei einem Partikelfilter (15), der als kombinierter Partikelfilter/Katalysator ausgeführt ist und eine katalytische Beschichtung aufweist, durchgeführt wird.A method according to claim 5, characterized in that the change of Lambdaregelbetriebs in a particulate filter ( 15 ) performed as a combined particulate filter / catalyst and having a catalytic coating is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße für die Einleitung der Regeneration sowie zur Überwachung der Regeneration die Temperatur im Partikelfilter (15) verwendet wird, wobei diese mittels mindestens eines Temperaturfühlers (14), der in oder an dem Partikelfilter (15) angeordnet ist, direkt bestimmt oder aus Signalen von Lambdasonden (13, 16), welche im Abgaskanal (12) vor bzw. hinter dem Partikelfilter (15) und dem Katalysator (17, 18) angeordnet sind und zur Lambdaregelung dienen, abgeleitet oder modellhaft aus einem Abgastemperaturmodell ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that as a controlled variable for the initiation of regeneration and for monitoring the regeneration, the temperature in the particulate filter ( 15 ) is used, whereby these by means of at least one temperature sensor ( 14 ) in or on the particulate filter ( 15 ), determined directly or from signals from lambda probes ( 13 . 16 ), which in the exhaust duct ( 12 ) in front of or behind the particulate filter ( 15 ) and the catalyst ( 17 . 18 ) are arranged and used for lambda control, derived or modeled from an exhaust gas temperature model is determined. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Regeneration eines Partikelfilters (15) im Abgaskanal (12) einer als Otto-Motor ausgebildeten Brennkraftmaschine (10).Use of the method according to one of claims 1 to 7 for the regeneration of a particulate filter ( 15 ) in the exhaust duct ( 12 ) of an engine designed as a gasoline engine ( 10 ). Vorrichtung zur gezielten Einleitung und Überwachung und Regelung der Regeneration eines Partikelfilters (15) in einem Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine (10), die in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Partikelfilter (15) einen Katalysator (17, 18) aufweist, wobei die Regeneration des Partikelfilters (15) durch einen oxidativen Abbrand der Partikel während einer Regenerationsphase erfolgt und wobei die Einleitung, Steuerung und Überwachung der Regeneration des Partikelfilters (15) über eine Steuereinheit (21) erfolgt und Signale einer in Abgasrichtung vor dem Partikelfilter (15) angeordneten ersten Lambdasonde (13), Signale einer in Abgasrichtung hinter dem Partikelfilter (15) bzw. hinter dem Katalysator (17, 18) angeordneten zweiten Lambdasonde (16) und/oder Signale von mindestens einem Temperaturfühler (14) auswertbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer in der Steuereinheit (21) implementierten Programmroutine zeitlich begrenzte Maßnahmen zur gezielten Erhöhung der Temperatur vor bzw. in dem Partikelfilter (15) durchführbar sind.Device for the targeted initiation and monitoring and regulation of the regeneration of a particulate filter ( 15 ) in an exhaust duct ( 12 ) an internal combustion engine ( 10 ), which in the flow direction of the exhaust gas behind the particulate filter ( 15 ) a catalyst ( 17 . 18 ), wherein the regeneration of the particulate filter ( 15 ) is carried out by an oxidative combustion of the particles during a regeneration phase and wherein the initiation, control and monitoring of the regeneration of the particulate filter ( 15 ) via a control unit ( 21 ) and signals one in the exhaust gas direction in front of the particle filter ( 15 ) arranged first lambda probe ( 13 ), Signals one in the exhaust direction behind the particulate filter ( 15 ) or behind the catalyst ( 17 . 18 ) arranged second lambda probe ( 16 ) and / or signals from at least one temperature sensor ( 14 ) are evaluable, characterized in that with a in the control unit ( 21 ) implemented program routine time-limited measures for the targeted increase in temperature before or in the particulate filter ( 15 ) are feasible. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Steuereinheit (21) ein Abgastemperaturmodell implementiert und die Regelgröße für die Regeneration des Partikelfilters (15) eine daraus abgeleitete modellierte Temperatur des Partikelfilters (15) ist.Device according to claim 9, characterized in that within the control unit ( 21 ) implemented an exhaust gas temperature model and the controlled variable for the regeneration of the particulate filter ( 15 ) derived therefrom modeled temperature of the particulate filter ( 15 ).
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