DE102016115372B4 - Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen beladbaren Filterelements in einer Abgasanlage - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen beladenen Filterelements (30) einer Abgasanlage (12) eines Verbrennungsmotors (10), wobei die Abgasanlage (12) einen Hauptabgaspfad (14) aufweist, in welchem ein Partikelfilter (18) angeordnet ist und einen Abgasrückführungspfad (16) aufweist, welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) stromabwärts des Partikelfilters (18) vom Hauptabgaspfad (14) abzweigt, wobei das Filterelement (30) in dem Abgasrückführungspfad (16) angeordnet ist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Ermittlung einer Betriebstemperatur (TPF) des Partikelfilters (18),- Einleiten einer Regeneration des Filterelements (30), wenn die Betriebstemperatur (TPF) des Partikelfilters (18) eine Schwellentemperatur (TS) überschritten hat,- Anstellen einer Abgasklappe (20), welche im Hauptabgaspfad (14) stromabwärts der Abzweigung des Abgasrückführungspfades (16) angeordnet ist,- Durchströmen des Filterelements (30) mit einem gegenüber dem Partikelfilter - Regenrationsbetrieb des Verbrennungsmotors (10) üblichen erhöhten Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad (16), wobei- der erhöhte Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad (16) einen Temperaturverlust zwischen Partikelfilter (18) und Filterelement (30) bewirkt, wobei- zur Regeneration des Filterelements (30) ein Abgasrückführungsventil (32) in dem Abgasrückführungspfad (16) maximal geöffnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen beladbaren Filterelements in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, wobei die Abgasanlage einen Hauptabgaspfad mit einem Partikelfilter und einen Abgasrückführungspfad aufweist, welcher stromab des Partikelfilters vom Hauptabgaspfad abzweigt, wobei das Filterelement in dem Abgasrückführungspfad angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Abgasanlage, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Zur Reduzierung der Rohemissionen von Verbrennungsmotoren und zur Einhaltung der aktuellen und einer zukünftig immer strenger werdenden Abgasgesetzgebung sind bei modernen Verbrennungsmotoren Abgasrückführungen vorgesehen. Diese Abgasrückführungen können sowohl als sogenannte Hochdruck-Abgasrückführungen als auch als Niederdruck-Abgasrückführungen ausgeführt sein. Dabei wird bei einer Hochdruck-Abgasrückführung ein Abgasstrom stromauf einer Turbine des Abgasturboladers entnommen und der Frischluftleitung stromabwärts eines Verdichters des Abgasturboladers zugeführt. Bei einer Niederdruck-Abgasrückführung wird der rückgeführte Abgasstrom stromabwärts der Turbine aus dem Abgaskanal entnommen und stromaufwärts des Verdichters in die Frischluftleitung des Verbrennungsmotors eingeleitet. Zur Zudosierung eines zurückgeführten Abgasstroms in die Frischluftleitung dient in der Regel ein Abgasrückführungsventil.
  • Aus der DE 10 2008 015 600 A1 ist eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei der Abgas durch einen Partikelfilter geleitet wird, und stromabwärts des Partikelfilters in eine Niederdruck-Abgasrückführung eingeleitet wird. Dazu ist im Abgaskanal stromabwärts der Abzweigung der Niederdruck-Abgasrückführung eine Abgasklappe vorgesehen, mit der der Abgasgegendruck und somit die in die Niederdruck-Abgasrückführung eingeleitete Abgasmenge erhöht werden kann. Dabei wird während der Regeneration des Partikelfilters das Hochdruck-Abgasrückführungs-Ventil vollständig geschlossen und das Niederdruck-Abgasrückführungsventil geöffnet, um die Erwärmung des Partikelfilters zu verbessern und einen Bauteilschutz eines Frischluftkanals des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
  • Aus der DE 10 2013 212 733 A1 ist eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem in einem Hauptpfad der Abgasanlage ein Partikelfilter angeordnet ist, und stromabwärts des Partikelfilters eine Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Hauptpfad abzweigt. In der Niederdruck-Abgasrückführung ist in geringem Abstand zum Partikelfilter ein Filterelement angeordnet, welches während der Regeneration des Partikelfilters mit Abgas durchströmt wird, wobei die Erwärmung des Partikelfilters eine hinreichende Erwärmung zur Regeneration des Filterelements bewirkt. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass bei einem größeren Abstand zwischen dem Filterelement und dem Auslass des Partikelfilters nicht sichergestellt werden kann, dass der durch die Abgasrückführung geführte Abgasstrom eine zur Regeneration hinreichende Erwärmung des Filterelements bewirkt.
  • Aus der JP 2008 - 165 791 A ist ein Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage und einer Abgasrückführungseinrichtung bekannt. Die Abgasanlage umfasst eine Abgaskanal, in welchem ein Partikelfilter und stromabwärts des Partikelfilters ein Abgasrückführungsventil angeordnet sind. Dabei zweigt eine Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des Abgasrückführungsventils aus dem Abgaskanal ab. In der Abgasrückführungsleitung ist ein weiterer Partikelfilter angeordnet, wobei der weitere Partikelfilter über eine weitere Abgasleitung mit dem Abgaskanal stromabwärts des Abgasrückführungsventils verbunden ist.
  • Aus der DE 10 2006 038 706 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einer Niederdruck-Abgasrückführung bekannt, wobei die Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts eines Partikelfilters aus einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors abzweigt und stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers in einen Ansaugkanal des Verbrennungsmotors einmündet. Dabei ist in der Niederdruck-Abgasrückführung ein zweiter Partikelfilter angeordnet, welcher eine Filtermaschen weite von etwa 50µm aufweist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Abgasanlage zur Verfügung zu stellen, bei der in der Abgasrückführung ein hinreichendes Temperaturniveau erreicht wird, um eine thermische Regeneration des Filterelements durchzuführen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen beladenen Filterelements einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gelöst, wobei die Abgasanlage einen Hauptabgaspfad aufweist, in welchem ein Partikelfilter angeordnet ist und einen Abgasrückführungspfad aufweist, welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors stromabwärts des Partikelfilters vom Hauptabgaspfad abzweigt, wobei das Filterelement in dem Abgasrückführungspfad angeordnet ist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • - Ermittlung einer Betriebstemperatur des Partikelfilters,
    • - Einleiten einer Regeneration des Filterelements, wenn die Betriebstemperatur des Partikelfilters eine Schwellentemperatur überschritten hat,
    • - Anstellen einer Abgasklappe, welche im Hauptabgaspfad stromabwärts der Abzweigung des Abgasrückführungspfades angeordnet ist,
    • - Durchströmen des Filterelements mit einem gegenüber einem Partikelfilter - Regenrationsbetrieb des Verbrennungsmotors üblichen erhöhten Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad, wobei der erhöhte Abgasstrom durch den Abgasrückführungspfad einen Temperaturverlust zwischen dem Partikelfilter und dem Filterelement bewirkt.
  • An dem Filterelement setzen sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors Rußpartikel ab, welche nicht von dem Partikelfilter im Hauptabgaspfad zurückgehalten werden konnten. Auch wenn die Konzentration der Partikel deutlich geringer als in dem Hauptabgaspfad ist, müssen diese Partikel zurückgehalten werden, da sie ansonsten auf der Frischluftseite des Verbrennungsmotors zu Beschädigungen führen können. Bei der Regeneration des Partikelfilters im Hauptabgaspfad werden im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel oxidiert, wobei Wärme freigesetzt wird. Die dabei freiwerdende Wärme überträgt sich auf den Abgasstrom. Bei geöffneter Abgasklappe und/oder bei einem nur teilweise geöffneten Abgasrückführungsventil ist der Abgasstrom durch den Abgasrückführungspfad aber so gering, dass der zurückgeführte Abgasstrom nicht für eine hinreichende Erwärmung des Filterelements beitragen kann, um eine Regeneration des Filterelements, das heißt eine Oxidation der im Filterelement zurückgehaltenen Rußpartikel, zu bewirken. Die Regenerationstemperatur am Filterelement wird erst durch die im erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Erhöhung des Abgasstroms durch den Abgasrückführungspfad sowie die durch das Schließen der Abgasklappe bewirkte Druckerhöhung erreicht.
  • Die Rußpartikel auf dem Filterelement resultieren aus einem Partikelschlupf durch den Partikelfilter im Hauptabgaspfad des Verbrennungsmotors, welcher vorzugsweise ein Dieselmotor ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit besonders dann von Vorteil, wenn der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist, da ein Dieselmotor bauartbedingt mehr Rußpartikel während der motorischen Verbrennung erzeugt als ein Ottomotor.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann eine Auskühlung des Abgases zwischen einem Auslass des Partikelfilters und dem Filterelement reduziert werden, sodass auch weiter beabstandete Filterelemente noch mit einer zur Regeneration hinreichenden Temperatur beaufschlagt werden können. Dabei ist angestrebt, dass sich die Temperatur des Abgases von dem Auslass des Partikelfilters bis zum Filterelement um maximal 25°C abkühlt.
  • Vorzugsweise wird vor einer Einleitung der Regeneration des Filterelements die Beladung des Partikelfilters ermittelt, wobei eine Regeneration des Filterelements nur dann ausgelöst wird, wenn die Beladung des Partikelfilters kleiner als 60% von einer Schwellenbeladung, bei der eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst wird, ist. Da die Solltemperatur während der Regeneration des Partikelfilters abhängig von der Temperatur des im Partikelfilter eingelagerten Rußes ist, und mit abnehmender Beladung des Partikelfilters ansteigt, um einen gleichmäßigen Rußabbrand auf dem Partikelfilter zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Regeneration des Filterelements erst dann eingeleitet wird, wenn der Partikelfilter bereits teilweise regeneriert ist und die Beladung des Partikelfilter kleiner 60% einer Schwellenbeladung, bei der eine Regeneration des Partikelfilters eingeleitet wird, beträgt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruchs angegebenen Verfahrens möglich.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Regeneration des Filterelements ein Abgasrückführungsventil in dem Abgasrückführungspfad vollständig geöffnet wird. Durch ein weites, vorzugsweise vollständiges Öffnen des Abgasrückführungsventils kann das Abgas im Wesentlichen ungedrosselt durch den Abgasrückführungspfad strömen und somit das Filterelement erwärmen. Dadurch werden Drosselverluste reduziert, die ansonsten den Volumenstrom durch den Abgasrückführungspfad reduzieren können und somit eine Aufheizung des Filterelements durch das rückgeführte Abgas reduzieren.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Massenstrom durch den Abgasrückführungspfad zur Regeneration des Filterelements erhöht wird, indem eine Drosselklappe in einem Frischluftkanal des Verbrennungsmotors vollständig geöffnet wird. Durch ein Öffnen der Drosselklappe kann der Volumenstrom durch den Verbrennungsmotor und somit durch den Hauptabgaspfad der Abgasanlage erhöht werden, da das Frischgas ungedrosselt in die Brennräume des Verbrennungsmotors einströmen kann. Je höher der Massenstrom durch den Hauptabgaspfad der Abgasanlage, desto geringer die Temperaturverluste auf dem Strömungspfad vom Auslass des Partikelfilters bis zum Filterelement. Während bei einer Regeneration des Partikelfilters die Drosselklappe nicht vollständig geöffnet ist, wird zur Regeneration des Filterelements die Drosselklappe weiter geöffnet als während der Regeneration des Partikelfilters üblich, um die Wärme des Partikelfilters mit einem größtmöglichen Volumenstrom in Richtung des Filterelements zu transportieren.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeneration des Filterelements während einer Schubphase des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Besonders geeignet zur Regeneration des Filterelements ist eine Schubphase des Verbrennungsmotors, da hier die Abgasklappe ohne negative Auswirkungen auf eine Verbrennung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors geschlossen werden kann. Dabei sind besonders hohe Abgasrückführungsraten durch die Niederdruck-Abgasrückführung, also durch den Rückführungspfad, möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schwellentemperatur am Partikelfilter bei mindestens 575°C, vorzugsweise bei mindestens 600°C, liegt. Bei einer Temperatur des Partikelfilters oberhalb einer Schwellentemperatur von 575°C kann an dem Filterelement eine für die Regeneration notwendige Mindesttemperatur von ca. 550°C erreicht werden, bei der es zu einer Oxidation der im Filterelement zurückgehalten Rußpartikel kommt. Besonders günstig ist es, wenn die Temperatur des Partikelfilters oberhalb von 600 °C, besonders bevorzugt oberhalb von 625°C liegt, um eine Temperatur am Filterelement von 600°C zu erreichen und dort einen effizienten Rußabbrand zu erreichen.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem Abgasrückführungspfad eine Differenzdruckmessung über das Filterelement erfolgt, wobei eine Regeneration des Filterelements bei Überschreiten eines Schwellenwertes für die Druckdifferenz eingeleitet wird. Durch eine Differenzdruckmessung über das Filterelement in dem Abgasrückführungspfad kann ein Beladungszustand des Filterelements ermittelt werden, wobei bei Überschreiben eines Schwellenwertes für die Druckdifferenz über das Filterelement eine Regeneration des Filterelements zusammen mit der nächsten Regeneration des Partikelfilters eingeleitet wird. Da das Filterelement in Abhängigkeit von der Filterleistung des Partikelfilters deutlich weniger stark mit Partikeln beladen wird, können zur Regeneration des Filterelements weniger Regenerationszyklen als zur Regeneration des Partikelfilters notwendig sein. Somit muss das Verfahren nicht zwangsläufig nach jeder Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden.
  • Gemäß eine alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Regeneration des Filterelements zusammen mit einer Regeneration des Partikelfilters im Hauptabgaspfad des Verbrennungsmotors. Eine alternative Möglichkeit zur Regeneration des Filterelements ist dadurch gegeben, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei jeder Regeneration des Partikelfilters, insbesondere im Anschluss an eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt wird. Dadurch ist keine zusätzliche Differenzdruckmessung in dem Abgasrückführungspfad über das Filterelement notwendig und es können Drucksensoren eingespart werden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Regeneration des Filterelements im Anschluss an eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt, da durch die Regeneration des Partikelfilters bereits ein hinreichendes Temperaturniveau im Hauptabgaspfad des Verbrennungsmotors erreicht ist.
  • Erfindungsgemäß wird eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einem in einem Hauptabgaspfad angeordneten Partikelfilter und einem stromabwärts des Partikelfilters aus dem Hauptabgaspfad abzweigenden Abgasrückführungspfad sowie einem im Abgasrückführungspfad angeordneten Filterelement und einer im Hauptabgaspfad stromabwärts des Abgasrückführungspfads angeordneten Abgasklappe vorgeschlagen, wobei die Abgasanlage dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Durch eine Abgasanlage mit einer Niederdruck-Abgasrückführung und einer stromabwärts des Abzweigs der Niederdruck-Abgasrückführung im Hauptabgaspfad angeordneten Abgasklappe kann der Abgasstrom durch die Niederdruck-Abgasrückführung entsprechend erhöht werden, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Dabei vergrößert sich der Abgasdruck im Hauptabgaspfad durch ein zumindest teilweises Schließen der Abgasklappe, sodass ein größeres Druckgefälle zwischen dem Hauptabgaspfad und der Frischluftleitung vorherrscht und somit der Abgasstrom durch den Abgasrückführungspfad der Niederdruck-Abgasrückführung zusätzlich vergrößert wird. Zudem führt die Druckerhöhung im Hauptabgaspfad zu einer höheren Abgastemperatur, was die Regeneration des Partikelfilters und des Filterelements zusätzlich begünstigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Abgasanlage ist vorgesehen, dass das Filterelement in Strömungsrichtung des Abgases mindestens 200 mm, vorzugsweise mindestens 300 mm von einem Auslass des Partikelfilters beabstandet ist. Die eingangs erwähnte Problematik eines starken Abkühlens des Abgases zwischen dem Auslass des Partikelfilters und dem Filterelement ist besonders kritisch, wenn das Filterelement weiter vom Auslass des Partikelfilters beabstandet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Abgasstrom durch den Abgasrückführungspfad derart erhöht, dass auch ein 300 mm oder mehr vom Auslass des Partikelfilters entferntes Filterelement durch den Abgasstrom stark genug geheizt wird, um eine Schwellentemperatur zur Einleitung der Regeneration des Filterelements zu erreichen.
  • In einer weiteren Verbesserung der Abgasanlage ist vorgesehen, dass die Abgasanlage im Hauptabgaspfad stromaufwärts des Partikelfilters eine Turbine eines Abgasturboladers oder einen Katalysator, insbesondere einen Oxidationskatalysator, aufweist. Somit kann der Katalysator durch eine exotherme Reaktion eine Erwärmung des Partikelfilters ermöglichen oder beschleunigen, wodurch die Schwellentemperatur zur Einleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens schneller erreicht werden kann.
  • Ferner können Elemente des Abgasanlage durch ein Steuergerät, bevorzugt durch das Steuergerät des Verbrennungsmotors, angesteuert werden, wobei in dem Steuergerät ein Programmcode hinterlegt ist, welcher dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
  • Darüber hinaus wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer erfindungsgemäßen Abgasanlage vorgeschlagen. Dabei ist der Verbrennungsmotor auslassseitig mit einem motorseitigen Ende der Abgasanlage und einlassseitig mit einem motorseitigen Ende einer Frischluftleitung verbunden, in welche der Abgasrückführungspfad mit seinem dem Hauptabgaspfad abgewandten Ende mündet. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine gesteigerte Zuverlässigkeit und reduzierte Werkstattkosten aus.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Verbrennungsmotor mit einer Frischluftleitung und einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung durchgeführt werden kann; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration eines mit Feststoffen beladenen Filterelements in einem Abgasrückführungspfad der Abgasanlage.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher an seinem Einlass 40 mit einer Frischluftleitung 22 und an seinem Auslass 42 mit einer Abgasanlage 12 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Abgasturbolader 28 auf, dessen Turbine 26 in einem Hauptabgaspfad 14 der Abgasanlage 12 angeordnet ist. Die Turbine 26 treibt einen Verdichter 36 in der Frischluftleitung 22 an, mit welchem die Brennräume des Verbrennungsmotors 10 mit Frischluft versorgt werden, welche durch den Verdichter 36 auf einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck vorverdichtet wird. In dem Hauptabgaspfad 14 ist in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors 10 stromabwärts der Turbine ein Katalysator 34, insbesondere ein Oxidationskatalysator angeordnet. Weiter stromabwärts ist im Hauptabgaspfad 14 ein Partikelfilter 18 angeordnet. Eine Beladung des Partikelfilters 18 kann durch zwei Drucksensoren 48, 50 überwacht werden, von denen ein erster Drucksensor 48 stromaufwärts des Partikelfilters 18 und ein zweiter Drucksensor 50 stromabwärts des Partikelfilters 18 angeordnet ist und somit eine Druckdifferenz über den Partikelfilter gemessen werden kann. Mit steigender Rußbeladung des Partikelfilters 18 nimmt diese Druckdifferenz zu, sodass der Differenzdruck über den Partikelfilter 18 als ein Maß für die Beladung des Partikelfilters 18 herangezogen werden kann. Ferner kann an dem Partikelfilter 18 ein Temperatursensor 56 vorgesehen sein, mit welchem eine Temperatur des Partikelfilters 18 ermittelt werden kann. Alternativ kann der Temperatursensor 56 auch stromaufwärts des Partikelfilters 18 angeordnet sein, um eine Temperatur des in den Partikelfilter 18 eintretenden Abgases zu ermitteln. Stromabwärts des Partikelfilters 18 ist im Hauptabgaspfad 14 eine Abgasklappe 20 angeordnet, mit welcher ein Abgasstrom durch den Hauptabgaspfad gedrosselt werden kann. Stromabwärts des Partikelfilters 18 und stromaufwärts der Abgasklappe 20 zweigt ein Abgasrückführungspfad 16 von dem Hauptabgaspfad 14 ab, welcher den Hauptabgaspfad 14 mit der Frischluftleitung stromaufwärts des Verdichters 36 verbindet. In dem Abgasrückführungspfad 16 ist ein Filterelement 30 angeordnet. Ferner ist in dem Abgasrückführungspfad 16 ein Abgasrückführungsventil 32 angeordnet, mit welchem ein Volumenstrom an zurückgeführtem Abgas durch den Abgasrückführungspfad 16 geregelt werden kann. Stromabwärts des Abgasrückführungsventils 32 ist ein Abgasrückführungskühler (AGR-Kühler) 60 vorgesehen, mit dem die Temperatur des der Frischluftleitung zugeführten Abgases reduziert werden kann. Stromaufwärts und stromabwärts des Filterelements 30 ist jeweils ein weiterer Drucksensor 52, 54 vorgesehen, mit welchem ein Differenzdruck Δp über das Filterelement 30 bestimmt werden kann.
  • Die Frischluftleitung 22 weist einen Luftfilter 58 auf, welcher ansaugseitig an einem Ende der Frischluftleitung 22 angeordnet ist. Stromabwärts des Verdichters 36 ist ein Ladeluftkühler 38 vorgesehen, um die verdichtete Luft abzukühlen und somit die Füllung der Brennräume des Verbrennungsmotors 10 weiter zu verbessern. Zwischen dem Ladeluftkühler 38 und dem Einlass 40 des Verbrennungsmotors 10 ist eine Drosselklappe 24 vorgesehen, mit welcher die dem Verbrennungsmotor 10 zugeführte Luftmenge gesteuert werden kann. Die Drucksensoren 48, 50, 52, 54 sowie der Temperatursensor 56 sind über Signalleitungen 46 mit einem Steuergerät 44 des Verbrennungsmotors 10 verbunden, um die Notwendigkeit der Regeneration des Partikelfilters 18 und des Filterelements 30 zu ermitteln.
  • Um das Filterelement 30 in dem Abgasrückführungspfad 16, im Folgenden auch als Niederdruck-Abgasrückführung bezeichnet, zu regenerieren und die darin zurückgehaltenen Rußpartikel zu oxidieren, wird der Verbrennungsmotor 10 in einem speziellen Regenerationsmodus betrieben. Ziel dieses Regenerationsmodus ist es, die Wärme aus dem Partikelfilter 18 mit möglichst wenig Verlusten zu dem Filterelement 30 in der Niederdruck-Abgasrückführung 16 zu leiten. Die Eingangsgrößen für diesen speziellen im Steuergerät 44 des Verbrennungsmotors 10 abgelegten Regenerationsmodus sind die mittlere Temperatur des Partikelfilters 18, der Abgasmassenstrom durch den Hauptabgaspfad 14 des Verbrennungsmotors 10 und die Beladung des Partikelfilters 18.
  • Der Partikelfilter 18 hat eine spezifische Wärmekapazität. Wenn der Partikelfilter 18 in einer Regenerationsphase des Partikelfilters 18 in allen Bereichen auf eine Temperatur von mindestens 575°C aufgeheizt ist, wird der Verbrennungsmotor 10 auf den Regenerationsmodus umgeschaltet. In diese Betriebsart wird dann die Sollfüllung und die Abgasrückführungsrate erhöht, um einen Massenstrom des Abgases durch die Niederdruck-Abgasrückführung 16 zu erhöhen. Je höher der Massenstrom ist, desto geringer die Temperaturverluste auf der Strecke zwischen dem Partikelfilter 18 und dem Filterelement 30. Eine besonders effiziente Regeneration des Filterelements 30 ist in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 möglich, in welchem die Drosselklappe 24 entgegen einer normalen Regeneration des Partikelfilters 8 vollständig geöffnet ist. Zusätzlich wird die Abgasklappe 20 zur Regeneration des Filterelements 30 geschlossen und das Abgasrückführungsventil 32 maximal geöffnet. Somit wird ein maximaler Massenstrom an Abgas durch die Niederdruck-Abgasrückführung 16 erreicht. Somit ist es möglich, eine Schwellentemperatur zum Abbrand des im Filterelement 30 zurückgehaltenen Rußes im Fahrbetrieb während der Regeneration des Partikelfilters 18 zu erreichen. Die Gefahr eines Verstopfens der Abgasrückführung durch ein sich zusetzendes Filterelement 30 nimmt somit stark ab, wodurch sich die Robustheit der Abgasnachbehandlung und insbesondere der Niederdruckabgasrückführung 16 deutlich erhöht.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird die Betriebstemperatur TPF des Partikelfilters 18 ermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt <110> wird die ermittelte Betriebstemperatur TPF des Partikelfilters 18 mit einer Schwellentemperatur TS verglichen, und bei Erreichen der Schwellentemperatur TS von mindestens 575°C in einem weiteren Verfahrensschritt <120> auf den Regenerationsmodus umgeschaltet. Dazu wird in einem Verfahrensschritt <130> die Abgasklappe 20 angestellt und das Abgasrückführungsventil 32 in der Niederdruck-Abgasrückführung 16 maximal geöffnet. Dadurch wird die Niederdruck-Abgasrückführung 16 mit einem im Vergleich zum Partikelfilter-Regenrationsbetrieb des Verbrennungsmotors 10 üblichen erhöhten Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad 16 beaufschlagt, wobei der erhöhte Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad 16 den Temperaturverlust zwischen dem Partikelfilter 18 und dem Filterelement 30 bewirkt. Zusätzlich kann in einem Verfahrensschritt <140> die Drosselklappe 24 in der Frischluftleitung 22 maximal geöffnet werden, um den Volumenstrom durch die Abgasanlage 12 zu erhöhen. Ist eine Regenerationstemperatur des Filterelements 30 erreicht, erfolgt in einem Verfahrensschritt <150> die Regeneration des Filterelements 30, indem die im Filterelement 30 zurückgehaltenen Rußpartikel oxidiert werden und das Filterelement 30 somit freigebrannt wird. Über eine Differenzdruckmessung kann in einem Verfahrensschritt <160> festgestellt werden, ob das Filterelement 30 vollständig regeneriert ist. Nach einer vollständigen Regeneration des Filterelements 30 wird in einem Verfahrensschritt <170> die Abgasklappe 20 wieder geöffnet, das Abgasrückführungsventil 32 zumindest teilweise geschlossen und der Verbrennungsmotor 10 wieder in einem Normalbetrieb betrieben.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Abgasanlage
    14
    Hauptabgaspfad
    16
    Abgasrückführungspfad
    18
    Partikelfilter
    20
    Abgasklappe
    22
    Frischluftleitung
    24
    Drosselklappe
    26
    Turbine
    28
    Abgasturbolader
    30
    Filterelement
    32
    Abgasrückführungsventil
    34
    Katalysator
    36
    Verdichter
    38
    Ladeluftkühler
    40
    Einlass
    42
    Auslass
    44
    Steuergerät
    46
    Signalleitung
    48
    Drucksensor
    50
    Drucksensor
    52
    Drucksensor
    54
    Drucksensor
    56
    Temperatursensor
    58
    Luftfilter
    60
    AGR-Kühler

Claims (9)

  1. Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen beladenen Filterelements (30) einer Abgasanlage (12) eines Verbrennungsmotors (10), wobei die Abgasanlage (12) einen Hauptabgaspfad (14) aufweist, in welchem ein Partikelfilter (18) angeordnet ist und einen Abgasrückführungspfad (16) aufweist, welcher in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors (10) stromabwärts des Partikelfilters (18) vom Hauptabgaspfad (14) abzweigt, wobei das Filterelement (30) in dem Abgasrückführungspfad (16) angeordnet ist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Ermittlung einer Betriebstemperatur (TPF) des Partikelfilters (18), - Einleiten einer Regeneration des Filterelements (30), wenn die Betriebstemperatur (TPF) des Partikelfilters (18) eine Schwellentemperatur (TS) überschritten hat, - Anstellen einer Abgasklappe (20), welche im Hauptabgaspfad (14) stromabwärts der Abzweigung des Abgasrückführungspfades (16) angeordnet ist, - Durchströmen des Filterelements (30) mit einem gegenüber dem Partikelfilter - Regenrationsbetrieb des Verbrennungsmotors (10) üblichen erhöhten Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad (16), wobei - der erhöhte Abgasmassenstrom durch den Abgasrückführungspfad (16) einen Temperaturverlust zwischen Partikelfilter (18) und Filterelement (30) bewirkt, wobei - zur Regeneration des Filterelements (30) ein Abgasrückführungsventil (32) in dem Abgasrückführungspfad (16) maximal geöffnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenstrom durch den Abgasrückführungspfad (16) zur Regeneration des Filterelements (30) erhöht wird, indem eine Drosselklappe (24) in einem Frischluftkanal (22) des Verbrennungsmotors (10) maximal geöffnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Filterelements (30) während einer Schubphase des Verbrennungsmotors (10) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellentemperatur (TS) am Partikelfilter (18) bei mindestens 575°C, vorzugsweise bei mindestens 600°C, liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasrückführungspfad (16) eine Differenzdruckmessung über das Filterelement (30) erfolgt, wobei eine Regeneration des Filterelements (30) bei Überschreiten eines Schwellenwertes für die Druckdifferenz (Δp) eingeleitet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Filterelements (30) zusammen mit einer Regeneration des Partikelfilters (18) im Hauptabgaspfad (14) des Verbrennungsmotors (10) erfolgt.
  7. Abgasanlage (12) eines Verbrennungsmotors (10) mit einem in einem Hauptabgaspfad (14) angeordneten Partikelfilter (18) und einem stromabwärts des Partikelfilters (18) aus dem Hauptabgaskanal (14) abzweigenden Abgasrückführungskanal (16) sowie einem im Abgasrückführungskanal (16) angeordneten Filterelement (30) und einer im Hauptabgaskanal (14) stromabwärts des Abgasrückführungskanals (16) angeordneten Abgasklappe (20), wobei die Abgasanlage (12) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
  8. Abgasanlage (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (30) in Strömungsrichtung des Abgases mindestens 200 mm von einem Auslass des Partikelfilters (18) beabstandet ist.
  9. Abgasanlage (12) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (12) im Hauptabgaspfad (14) stromaufwärts des Partikelfilters (18) eine Turbine (26) eines Abgasturboladers (28) oder einen Katalysator (34) aufweist.
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