DE102017211531A1 - Internal combustion engine and method for the regeneration of a particulate filter in the exhaust passage of an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine and method for the regeneration of a particulate filter in the exhaust passage of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, in dessen Abgasanlage ein Drei-Wege-Katalysator und ein Partikelfilter angeordnet sind. Dabei ist die Abgasanlage über eine Hochdruck-Abgasrückführung mit dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors verbunden. Wird ein kritischer Beladungszustand des Partikelfilters bei gleichzeitig hoher Bauteiltemperatur des Partikelfilters festgestellt, kann ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter führen. Um dies zu vermeiden, wird zum Bauteilschutz des Partikelfilters eine Abgasklappe geschlossen und ein Abgasrückführungsventil geöffnet, sodass das Abgas in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird und der Verbrennungsmotor auch im Schubbetrieb ein im Wesentlichen stöchiometrisches Abgas liefert, sodass ein unkontrollierter Rußabbrand auf dem Partikelfilter vermieden wirdThe invention relates to an internal combustion engine, in whose exhaust system a three-way catalyst and a particle filter are arranged. The exhaust system is connected via a high-pressure exhaust gas recirculation with the intake of the engine. If a critical load condition of the particulate filter is detected with a high component temperature of the particulate filter, a coasting operation of the internal combustion engine can lead to an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter. In order to avoid this, an exhaust valve is closed for component protection of the particulate filter and an exhaust gas recirculation valve is opened, so that the exhaust gas is returned to the intake and the engine delivers a substantially stoichiometric exhaust gas, even during overrun, so that uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter is avoided

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Regeneration eines in einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters.The invention relates to an internal combustion engine and to a method for the regeneration of a particulate filter arranged in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine.

Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann.The continuous tightening of the exhaust emission legislation places high demands on the vehicle manufacturers, which are solved by appropriate measures for the reduction of the engine raw emissions and by a corresponding exhaust aftertreatment. With the introduction of the legislative level EU6, a limit value for gasoline engines is prescribed for a number of particles, which in many cases necessitates the use of an Otto particle filter. When driving, such a gasoline particulate filter is loaded with soot. So that the exhaust gas backpressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in the exhaust back pressure can lead to an increase in consumption of the internal combustion engine, loss of power and impairment of smoothness to misfires. In order to carry out a thermal oxidation of the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in conjunction with simultaneously existing oxygen in the exhaust system of the gasoline engine is necessary. Since modern gasoline engines are normally operated without oxygen surplus with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1), additional measures are required. These come as measures, for example, a temperature increase by a Zündwinkelverstellung, a temporary lean adjustment of the gasoline engine, the injection of secondary air into the exhaust system or a combination of these measures in question. An ignition angle adjustment in the direction of late in combination with a lean adjustment of the gasoline engine is preferably used so far, since this method requires no additional components and can deliver a sufficient amount of oxygen in most operating points of the gasoline engine.

Es treten bei einem Ottopartikelfilter aber auch Beladungszustände auf, in denen eine unkontrollierte Durchströmung des Ottopartikelfilters mit Sauerstoff nicht erwünscht ist. Erreicht das Beladungsniveau des Ottopartikelfilters ein kritisches Maß, kann beispielsweise eine Schubphase des Verbrennungsmotors zusammen mit einer hohen Temperatur des Ottopartikelfilters zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Ottopartikelfilter führen. Dabei können durch die exotherme Oxidation der Rußpartikel so hohe Temperaturen auf der Bauteiloberfläche des Ottopartikelfilters entstehen, dass es zu thermischen Schädigungen des Ottopartikelfilters kommen kann. Daher kann es erforderlich sein, in bestimmten Betriebssituationen den Sauerstoffeintrag in den Ottopartikelfilter zu reduzieren oder gänzlich zu unterbinden.In the case of an Otto-particle filter, however, loading conditions also occur in which an uncontrolled flow through the Otto-particle filter with oxygen is undesirable. If the loading level of the Otto particle filter reaches a critical level, for example, a coasting phase of the internal combustion engine, together with a high temperature of the Otto particle filter, can lead to an uncontrolled Rußabbrand on the Ottopartikelfilter. The exothermic oxidation of the soot particles can cause such high temperatures on the component surface of the Otto particle filter that thermal damage to the Otto particle filter can occur. It may therefore be necessary to reduce or completely eliminate the oxygen input into the Otto particle filter in certain operating situations.

Aus der DE 10 2010 039 013 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters in einem Abgaskanal eines Ottomotors bekannt, wobei im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters ein Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass während der Regeneration des Partikelfilters mittels einer Lambdaregelung mit einer Lambdasonde stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators ein stöchiometrisches Abgas eingeregelt wird. Dazu wird bei Erkennen eines Sauerstoffüberschusses stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung fett verstellt und insbesondere in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors ein ungefeuerter Betrieb des Verbrennungsmotors unterdrückt.From the DE 10 2010 039 013 A1 For example, a method and a device for the regeneration of a particulate filter in an exhaust gas passage of a gasoline engine are known, wherein a three-way catalytic converter is arranged in the exhaust gas passage downstream of the particulate filter. It is provided that during the regeneration of the particulate filter by means of a lambda control with a lambda probe downstream of the three-way catalyst, a stoichiometric exhaust gas is adjusted. For this purpose, upon detection of an excess of oxygen downstream of the three-way catalytic converter, the combustion air ratio is adjusted in the direction of a rich direction and, in particular, in a coasting operation of the internal combustion engine, an unfired operation of the internal combustion engine is suppressed.

Aus der DE 10 2010 046 896 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Regeneration eines von einem Katalysator begleiteten Partikelfilters in einem Abgaskanal eines Ottomotors bekannt, wobei der Abgaskanal stromabwärts eines Drei-Wege-Katalysators und eines Partikelfilters über eine Niederdruck-Abgasrückführung mit dem Ansaugkanal stromaufwärts des Verdichters eines Turboladers verbunden ist. Dabei ist der Drei-Wege-Katalysator im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters angeordnet, um auch während der Regeneration des Partikelfilters eine effiziente Abgasreinigung durch den Drei-Wege-Katalysator zu ermöglichen.From the DE 10 2010 046 896 A1 For example, a system and method for regenerating a catalyst-accompanied particulate filter in an exhaust passage of a gasoline engine is known, wherein the exhaust passage downstream of a three-way catalyst and a particulate filter via a low-pressure exhaust gas recirculation is connected to the intake passage upstream of the compressor of a turbocharger. In this case, the three-way catalyst in the exhaust passage downstream of the particulate filter is arranged to allow during the regeneration of the particulate filter efficient exhaust gas purification by the three-way catalyst.

Die DE 10 2012 021 882 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, dessen Abgas mindestens einen Partikelfilter durchströmt. Dabei wird bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors, wenn der Partikelfilter eine bestimmtes Beladungs- und/oder Temperaturniveau erreicht hat, die Schubabschaltung unterdrückt und weiterhin Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingespritzt, um einen unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter zu vermeiden.The DE 10 2012 021 882 A1 discloses an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine whose exhaust gas flows through at least one particle filter. In this case, in a coasting operation of the internal combustion engine, when the particulate filter has reached a certain loading and / or temperature level, the fuel cut-off suppressed and further injected fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine to prevent uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter.

Darüber hinaus ist aus der DE 10 2014 118 813 A1 ein Verbrennungsmotor mit einem Abgasrückführungssystem bekannt, welches eine Hochdruck-Abgasrückführung und mehrere Niederdruckabgasrückführungen aufweist, wobei die Niederdruckabgasrückführung mehrstufig ausgeführt ist.In addition, from the DE 10 2014 118 813 A1 an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system is known, which has a high-pressure exhaust gas recirculation and a plurality of low-pressure exhaust gas recirculation, wherein the low-pressure exhaust gas recirculation is made in several stages.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen unkontrollieren Rußabbrand auf dem Partikelfilter während eines Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zu verhindern, wobei die Nachteile eines gefeuerten Schubbetriebs, insbesondere der erhöhte Kraftstoffverbrauch und die geringere Motorbremsleistung im Schubbetrieb, überwunden werden.The object of the invention is to prevent an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter during a coasting operation of the internal combustion engine, the disadvantages of a fired overrun operation, in particular the increased fuel consumption and the lower engine braking power in overrun, are overcome.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage gelöst, wobei das Luftversorgungssystem eine Drosselklappe aufweist, mit der eine Luftzufuhr zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors gesteuert werden kann und einen Verdichter eines Abgasturboladers aufweist, wobei die Abgasanlage eine Turbine des Abgasturboladers sowie mindestens einen Drei-Wege-Katalysator und einen Partikelfilter umfasst, welche stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers angeordnet sind, sowie mit einer Hochdruck-Abgasrückführungsleitung, welche die Abgasanlage stromaufwärts der Turbine mit dem Luftversorgungssystem stromabwärts des Verdichters verbindet, und wobei in der Abgasanlage stromabwärts zumindest einer der Abgasnachbehandlungskomponenten eine Abgasklappe angeordnet ist. Durch die Abgasklappe kann das Abgas des Verbrennungsmotors dem Ansaugkanal des Verbrennungsmotors zugeführt werden, wodurch eine Zirkulation des Abgases möglich ist. Dadurch kann in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors verhindert werden, dass sauerstoffreiche Frischluft dem Partikelfilter in der Abgasanlage zugeführt wird. Dadurch kann ein unkontrollierter Rußabbrand auf dem Partikelfilter verhindert werden, wodurch die Gefahr einer thermischen Schädigung des Partikelfilters deutlich reduziert wird. Durch eine Hochdruck-Abgasrückführung, bei der das Abgas dem Ansaugtrakt stromabwärts des Verdichters zugeführt wird, ist auch bei geringen Abgasvolumina ein hinreichendes Spülgefälle vorhanden, um das Abgas über die Abgasrückführungsleitung dem Luftversorgungssystem zuzuführen. Durch ein Schließen der Abgasklappe kann dieses Spülgefälle noch vergrößert werden, da der Druck im Abgaskanal stromaufwärts der Abgasklappe dann ansteigt. According to the invention this object is achieved by an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system, wherein the air supply system comprises a throttle valve with which an air supply to the combustion chambers of the internal combustion engine can be controlled and having a compressor of an exhaust gas turbocharger, wherein the exhaust system comprises a turbine of the exhaust gas turbocharger and at least a three-way catalyst and a particulate filter, which are arranged downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger, and with a high-pressure exhaust gas recirculation line, which connects the exhaust system upstream of the turbine with the air supply system downstream of the compressor, and wherein downstream in the exhaust system at least one of Exhaust after-treatment components an exhaust valve is arranged. Through the exhaust valve, the exhaust gas of the internal combustion engine can be supplied to the intake passage of the internal combustion engine, whereby a circulation of the exhaust gas is possible. This can be prevented in a coasting operation of the internal combustion engine that oxygen-rich fresh air is supplied to the particulate filter in the exhaust system. As a result, an uncontrolled Rußabbrand be prevented on the particulate filter, whereby the risk of thermal damage to the particulate filter is significantly reduced. By means of a high-pressure exhaust gas recirculation, in which the exhaust gas is supplied to the intake tract downstream of the compressor, a sufficient scavenging gradient is present even at low exhaust gas volumes to supply the exhaust gas via the exhaust gas recirculation line to the air supply system. By closing the exhaust valve, this purging gradient can be increased, since the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust valve then increases.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungsanlage eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the specified in the independent claim exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine are possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drosselklappe stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers und stromaufwärts der Einleitstelle der Hochdruck-Abgasrückführung angeordnet ist. Durch ein Schließen der Drosselklappe kann dadurch das Nachströmen von Frischluft im Wesentlichen vermieden werden, sodass im Schubbetrieb das Abgas durch die Hochdruck-Abgasrückführung zirkuliert und kein Sauerstoff zur Oxidation des Rußes an den Partikelfilter gelangt. Dadurch kann die Abgaszirkulation durch die Hochdruck-Abgasrückführung begünstigt werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the throttle valve is arranged downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger and upstream of the discharge point of the high-pressure exhaust gas recirculation. By closing the throttle valve, the afterflow of fresh air can thus be substantially avoided, so that in exhaustive operation, the exhaust gas circulates through the high-pressure exhaust gas recirculation and no oxygen passes to the particle filter for oxidation of the soot. As a result, the exhaust gas circulation can be promoted by the high-pressure exhaust gas recirculation.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in der Abgasrückführungsleitung ein Abgaskühler angeordnet ist. Durch einen Abgaskühler kann im Normalbetrieb des Motors bei geöffnetem Abgasrückführungsventil die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden, wodurch die Rohemissionen des Verbrennungsmotors positiv beeinflusst werden können.It is particularly preferred if an exhaust gas cooler is arranged in the exhaust gas recirculation line. By means of an exhaust gas cooler, the combustion temperature can be lowered during normal operation of the engine when the exhaust gas recirculation valve is open, as a result of which the raw emissions of the internal combustion engine can be positively influenced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Drei-Wege-Katalysator als auch der Partikelfilter in einer motornahen Position in der Abgasanlage angeordnet sind und die Abgasklappe stromabwärts beider Abgasnachbehandlungskomponenten liegt. Durch eine motornahe Anordnung sowohl des Partikelfilters als auch des Drei-Wege-Katalysators ist ein besonders schnelles Aufheizen der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglich. Unter einer motornahen Anordnung ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung mit einem Abstand von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm Abgaslauflänge, ab einem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen. Zudem besteht während einer Zirkulation des Abgases durch die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung bei geschlossener Abgasklappe nicht die Gefahr, dass der Drei-Wege-Katalysator unter seine Light-Off-Temperatur abkühlt, sodass auch nach Beendigung der Bauteilschutzmaßnahme und nach einem darauffolgenden Öffnen der Abgasklappe gewährleistet ist, dass eine effiziente Konvertierung der Abgaskomponenten durch den Drei-Wege-Katalysator möglich ist.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that both the three-way catalytic converter and the particle filter are arranged in a position close to the engine in the exhaust system and the exhaust valve is located downstream of both exhaust aftertreatment components. By a close-coupled arrangement of both the particulate filter and the three-way catalyst is a particularly rapid heating of the two exhaust aftertreatment components after a cold start of the engine possible. Under a close-coupled arrangement in this context is an arrangement with a distance of less than 80 cm, preferably less than 50 cm exhaust run length, to be understood from an outlet of the internal combustion engine. In addition, during a circulation of the exhaust gas through the high-pressure exhaust gas recirculation line with the exhaust valve closed, there is no risk that the three-way catalyst cools below its light-off temperature, so that even after completion of the component protection measure and after a subsequent opening of the exhaust flap is ensured in that an efficient conversion of the exhaust gas components through the three-way catalyst is possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter als Partikelfilter mit einer Drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung als sogenannter Vier-Wege-Katalysator ausgeführt ist. Durch einen Vier-Wege-Katalysator kann das Abgas sowohl von Partikeln als auch von schädlichen gasförmigen Abgaskomponenten befreit werden. Dadurch kann gegebenenfalls auf einen zusätzlichen Katalysator verzichtet werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the particle filter is designed as a particle filter with a three-way catalytically active coating as a so-called four-way catalyst. Through a four-way catalyst, the exhaust gas can be freed from both particles and harmful gaseous exhaust gas components. This can optionally be dispensed with an additional catalyst.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine erste Abgasnachbehandlungskomponente in der Abgasanlage stromaufwärts der Abgasklappe und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente stromabwärts der Abgasklappe angeordnet sind. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade bei der Anordnung der Abgasnachbehandlungskomponenten, so kann insbesondere ein motornaher Partikelfilter mit einer Drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung mit einem Drei-Wege-Katalysator in einer Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges kombiniert werden. Somit wird zusätzliches Katalysatorvolumen zur Verfügung gestellt, sodass auch bei einer Alterung des Katalysators und einer damit verbundenen Verringerung der Konvertierungsleistung immer noch eine effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors möglich ist. Dabei wird der Partikelfilter von dem zirkulierenden Abgas durchströmt und auf einer Temperatur gehalten, um anschließend an den Schubbetrieb bei einem gefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors eine Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen und ein starkes Abkühlen unter die Regenerationstemperatur zu verhindern.Alternatively, it is advantageously provided that a first exhaust aftertreatment component in the exhaust system upstream of the exhaust valve and a second exhaust aftertreatment component are arranged downstream of the exhaust valve. This results in further degrees of freedom in the arrangement of the exhaust aftertreatment components, so in particular a close-coupled particle filter can be combined with a three-way catalytically active coating with a three-way catalyst in a bottom layer of the motor vehicle. Thus, additional catalyst volume is provided, so that even with aging of the catalyst and a concomitant reduction in the conversion efficiency, an efficient exhaust aftertreatment of the exhaust gas of the internal combustion engine is still possible. In this case, the particulate filter of the circulating exhaust gas flows through and maintained at a temperature to allow subsequent to the overrun at a fired operation of the internal combustion engine regeneration of the particulate filter and to prevent strong cooling below the regeneration temperature.

Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente ein Drei-Wege-Katalysator ist und die Abgasklappe stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators und stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist. Durch eine Abgasklappe stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators kann der Drei-Wege-Katalysator auf Temperatur gehalten werden, um in einem nachfolgenden Normalbetrieb eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe zu ermöglichen. Durch die Entkopplung von der Frischluftversorgung kann die Gefahr eines unkontrollierten Rußabbrandes auf dem Partikelfilter drastisch gesenkt werden, da dieser bei geschlossener Abgasklappe nur noch durch einen Leckagestrom durchströmt wird. Zudem weist dieser geringe Leckagestrom dann auch noch ein im Wesentlichen stöchiometrisches Abgas auf, sodass es zu keinem nennenswerten Rußumsatz auf dem Partikelfilter kommt.Alternatively, it is advantageously provided that the first exhaust aftertreatment component is a three-way catalyst and the exhaust valve is arranged downstream of the three-way catalyst and downstream of the particulate filter. Through an exhaust valve downstream of the three-way catalyst, the three-way catalyst can be kept at temperature to allow efficient conversion of the pollutants in a subsequent normal operation. Due to the decoupling of the fresh air supply, the risk of uncontrolled Rußabbrandes on the particulate filter can be drastically reduced, since it is only flowed through by a leakage current when the exhaust valve is closed. In addition, this low leakage flow then also has a substantially stoichiometric exhaust gas, so that there is no significant soot turnover on the particle filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung ein Steuerventil, insbesondere ein Abgasrückführungsventil, zur Steuerung der über die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung zurückgeführten Abgasmenge angeordnet ist.In a preferred embodiment of the invention, provision is made for a control valve, in particular an exhaust gas recirculation valve, to be arranged in the high-pressure exhaust gas recirculation line for controlling the amount of exhaust gas recirculated via the high-pressure exhaust gas recirculation line.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regeneration und zum Thermomanagement des Partikelfilters in einer Abgasanlage eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:

  • - Betreiben des Verbrennungsmotors in einem Normalbetrieb, wobei der Partikelfilter mit Rußpartikeln aus dem Abgas des Verbrennungsmotors beladen wird,
  • - Erkennen eines Beladungszustands sowie einer Temperatur des Partikelfilters,
  • - Öffnen des Abgasrückführungsventils,
  • - Schließen der Abgasklappe, wenn in einem kritischen Beladungszustand und/oder bei einer kritischen Bauteiltemperatur des Partikelfilters ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors eingeleitet wird.
According to the invention, a method for regeneration and thermal management of the particulate filter in an exhaust system of an internal combustion engine according to the invention is proposed, which comprises the following steps:
  • Operating the internal combustion engine in a normal operation, wherein the particle filter is loaded with soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engine,
  • Detecting a loading state and a temperature of the particulate filter,
  • Opening the exhaust gas recirculation valve,
  • - Close the exhaust valve, when in a critical load condition and / or at a critical component temperature of the particulate filter, a coasting operation of the internal combustion engine is initiated.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist ein wirksamer Bauteilschutz des Partikelfilters bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors möglich, wobei das Bremsmoment des Verbrennungsmotors (anders als bei einem gefeuerten Schubbetrieb) nicht reduziert wird und die volle Motorbremsleistung zur Verfügung steht. Zudem ergibt sich eine zusätzliche Kraftstoffersparnis aus der Tatsache, dass die Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators während der Schubphase nicht oder zumindest nicht in dem Umfang mit Sauerstoff gefüllt werden und daher nicht im Anschluss an die Schubphase durch einen unterstöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors ausgeräumt werden müssen.An inventive method an effective component protection of the particulate filter in a coasting operation of the internal combustion engine is possible, the braking torque of the engine (unlike a fired overrun operation) is not reduced and the full engine braking power is available. In addition, there is an additional fuel economy from the fact that the oxygen storage of the three-way catalyst during the coasting phase is not or at least not filled to the extent with oxygen and therefore need not be eliminated following the thrust phase by a substoichiometric operation of the engine ,

In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor solange mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben wird, bis die Abgasklappe vollständig geschlossen ist. Durch einen stöchiometrischen Motorbetrieb bis zum vollständigen Schließen der Abgasklappe kann sichergestellt werden, dass auch in der ersten Schubphase kein sauerstoffreiches Abgas in den Partikelfilter eingeleitet wird und es zu einer unkontrollierten Oxidation des in dem Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes kommt.In an advantageous improvement of the method, it is provided that the internal combustion engine is operated with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) until the exhaust gas flap is completely closed. Stoichiometric engine operation until complete closure of the exhaust gas flap can ensure that no oxygen-rich exhaust gas is introduced into the particulate filter even in the first overrun phase and that uncontrolled oxidation of the soot retained in the particulate filter occurs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einer Schubphase des Verbrennungsmotors bei geschlossener Abgasklappe Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingebracht wird. Um auch bei einer längeren Schubphase sicherzustellen, dass es zu keinem Anstieg des Sauerstoffgehalts in dem durch die Abgasrückführungsleitung zirkulierenden Abgas kommt, ist vorgesehen, dass zusätzlich geringe Kraftstoffmengen in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingebracht werden. Dies erfolgt bevorzugt durch eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume des Verbrennungsmotors, kann alternativ jedoch auch durch eine Einspritzung in das Luftversorgungssystem des Verbrennungsmotors erfolgen.In a preferred embodiment of the method, it is provided that in a coasting phase of the internal combustion engine with the exhaust valve closed, fuel is introduced into the combustion chambers of the internal combustion engine. In order to ensure even during a prolonged coasting phase that there is no increase in the oxygen content in the exhaust gas circulating through the exhaust gas recirculation line, it is provided that, in addition, small quantities of fuel are introduced into the combustion chambers of the internal combustion engine. This is preferably done by a fuel injection into the combustion chambers of the internal combustion engine, but can alternatively also be effected by an injection into the air supply system of the internal combustion engine.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion in den Zeichnungen jeweils mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei ein Normalbetrieb des Verbrennungsmotors dargestellt ist;
  • 3 das Ausführungsbeispiel gemäß 2, wobei ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bauteilschutz des Partikelfilters dargestellt ist;
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei die Abgasklappe stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist;
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei die Abgasklappe stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist; und
  • 7 ein Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bei einem Schubbetrieb mit Schubabschaltung und bei einem gefeuerten Schubbetrieb.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function in the drawings are each identified by the same reference numerals. Show it:
  • 1 a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention;
  • 2 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein a normal operation of the internal combustion engine is shown;
  • 3 the embodiment according to 2 wherein an inventive method for component protection of the particulate filter is shown;
  • 4 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention;
  • 5 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein the exhaust valve is arranged upstream of the three-way catalyst;
  • 6 a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein the exhaust valve is disposed downstream of the three-way catalyst and upstream of the particulate filter; and
  • 7 a course of the vehicle speed of a motor vehicle in a coasting operation with fuel cut and a fired overrun operation.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 für ein Kraftfahrzeug, welcher als ein mit Zündkerzen 18 fremdgezündeter Verbrennungsmotor 10 nach dem Ottoprinzip ausgeführt ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Auslass 16 umfasst einen Abgaskrümmer, welcher die Abgase der unterschiedlichen Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 einem Abgaskanal 52 der Abgasanlage 40 zuführt. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Einlass 14 mit einem Luftversorgungssystem 20 verbunden. Das Luftversorgungssystem 20 weist in Strömungsrichtung der Frischluft durch das Luftversorgungssystem 20 einen Verdichter 26 eines Abgasturboladers 38 auf, mit welchem die angesaugte Luft verdichtet wird und den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 zugeführt wird. Stromabwärts des Verdichters 26 ist in dem Luftversorgungssystem 20 eine Drosselklappe 22 angeordnet, mit welcher die Luftzufuhr zu den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 gesteuert wird. 1 shows an internal combustion engine 10 for a motor vehicle, which as one with spark plugs 18 externally ignited internal combustion engine 10 executed according to the Otto principle. The internal combustion engine 10 is with his outlet 16 with an exhaust system 40 connected. The outlet 16 includes an exhaust manifold, which the exhaust gases of the different combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 an exhaust duct 52 the exhaust system 40 supplies. The internal combustion engine 10 is with an inlet 14 with an air supply system 20 connected. The air supply system 20 points in the direction of flow of fresh air through the air supply system 20 a compressor 26 an exhaust gas turbocharger 38 on, with which the sucked air is compressed and the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is supplied. Downstream of the compressor 26 is in the air supply system 20 a throttle 22 arranged, with which the air supply to the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is controlled.

Die Abgasanlage 40 weist einen Abgaskanal 52 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 40 eine Turbine 36 des Turboladers 38 und stromabwärts der Turbine zwei Komponenten 42, 44 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10, nämlich ein Partikelfilter 44 und ein Drei-Wege-Katalysator 42, angeordnet sind. Dabei ist der Partikelfilter 44 vorzugsweise mit einer Drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung versehen und als sogenannter Vier-Wege-Katalysator 54 ausgebildet. Stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 42, 44, ist im Abgaskanal 52 eine Abgasklappe 48 angeordnet, mit welcher der Abgaskanal 52 versperrt werden kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Partikelfilter 44 stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 42 angeordnet. Stromabwärts des Auslasses 16 des Verbrennungsmotors und stromaufwärts der Turbine 36 des Abgasturboladers 38 zweigt an einer Verzweigungsstelle 46 eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 30 aus der Abgasanlage 40 ab und verbindet den Abgaskanal 52 mit dem Luftversorgungssystem 20 stromabwärts der Drosselklappe 22 und stromaufwärts des Einlasses 14. In der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 30 sind ein Steuerventil 32, insbesondere ein Abgasrückführungsventil 32, und ein Abgaskühler 34 angeordnet. Die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 30 kann durch ein Schließen des Abgasrückführungsventils 32 gesperrt werden. Dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Steuergerät 50 zugeordnet, mit welchem die Menge des in die Brennräume 12 eingespritzten Kraftstoffs, die Stellung der Drosselklappe 22 und des Abgasrückführungsventil 32 sowie weitere Motorparameter gesteuert werden können.The exhaust system 40 has an exhaust duct 52 in which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 10 through the exhaust system 40 a turbine 36 of the turbocharger 38 and downstream of the turbine two components 42 . 44 for exhaust aftertreatment of the internal combustion engine 10 namely a particle filter 44 and a three-way catalyst 42 , are arranged. Here is the particle filter 44 preferably provided with a three-way catalytically active coating and as a so-called four-way catalyst 54 educated. Downstream of the second exhaust aftertreatment component 42 . 44 , is in the exhaust duct 52 an exhaust flap 48 arranged, with which the exhaust duct 52 can be locked. In the in 1 illustrated embodiment, the particulate filter 44 upstream of the three-way catalyst 42 arranged. Downstream of the outlet 16 of the internal combustion engine and upstream of the turbine 36 the exhaust gas turbocharger 38 branches at a branching point 46 a high pressure exhaust gas recirculation line 30 from the exhaust system 40 and connects the exhaust duct 52 with the air supply system 20 downstream of the throttle 22 and upstream of the inlet 14 , In the high-pressure exhaust gas recirculation line 30 are a control valve 32 , in particular an exhaust gas recirculation valve 32 , and an exhaust gas cooler 34 arranged. The high pressure exhaust gas recirculation line 30 can be achieved by closing the exhaust gas recirculation valve 32 be locked. The internal combustion engine 10 is a control unit 50 associated with which the amount of in the combustion chambers 12 injected fuel, the position of the throttle 22 and the exhaust gas recirculation valve 32 as well as other engine parameters can be controlled.

In einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 10 ist wie in 2 dargestellt die Abgasklappe 48 geöffnet und das Abgasrückführungsventil 32 geschlossen, sodass das Abgas des Verbrennungsmotors zunächst durch den Partikelfilter 44 und anschließend durch den Drei-Wege-Katalysator strömt. Dabei werden der Verbrennungsmotor 10 mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben und die im Abgas enthaltenen, limitierten Schadstoffe, insbesondere Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) auf der katalytisch wirksamen Beschichtung des Partikelfilters 44 sowie dem Drei-Wege-Katalysator 42 konvertiert. Parallel wird der Partikelfilter 44 mit Rußpartikeln beladen. Erreicht die Beladung des Partikelfilters 44 einen kritischen Zustand oder übersteigt die Temperatur des Partikelfilters 44 einen kritischen Schwellenwert, sodass ein darauffolgender hoher Sauerstoffeintrag zu einem unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter 44 führen könnte, so wird als Bauteilschutzmaßnahe zum Schutze des Partikelfilters 44 bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 zunächst der Verbrennungsmotor 10 weiterhin in einem gefeuerten Betrieb mit stöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben, bis die Abgasklappe 48 vollständig geschlossen ist. Unter einem Schubbetrieb ist in diesem Zusammenhang ein Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges zu verstehen, bei dem der Verbrennungsmotor 10 durch das rollende Kraftfahrzeug geschleppt wird. Im Schubbetrieb wird die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 unterbunden, was als sogenannte Schubabschaltung bezeichnet wird. Dies würde bei geöffneter Abgasklappe 48 dazu führen, dass der Verbrennungsmotor Frischluft mit einem hohen Sauerstoffgehalt durch die Brennräume 12 in die Abgasanlage 40 fördern würde. Dies ist aber bei kritischen Beladungszuständen des Partikelfilters 44 und/oder hohen Temperaturen des Partikelfilters 44 zu vermeiden. Sobald die Abgasklappe 48 geschlossen und das Abgasrückführungsventil 32 geöffnet ist, zirkuliert das Abgas des Verbrennungsmotors 10 über die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 30 zurück in das Luftversorgungssystem 20 des Verbrennungsmotors 10, und der Verbrennungsmotor 10 wird in einem ungefeuerten Schubbetrieb betrieben, bei dem kein Kraftstoff den Brennräumen 12 zugeführt wird. Somit gelangt kein überschüssiger Sauerstoff in die Abgasanlage 40 und ein unkontrollierter Rußumsatz kann effektiv verhindert werden. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Dabei sinkt der Restsauerstoffgehalt im Abgas soweit ab, dass keine oder nur eine sehr geringe Rußoxidation der im Partikelfilter 44 zurückgehaltenen Rußpartikel erfolgt. Im ungefeuerten Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 sinkt die Temperatur des Partikelfilters 44, sodass die Gefahr einer thermischen Schädigung oder Zerstörung minimiert wird. Zusätzlich wird die Drosselklappe 22 geschlossen, um ein ansaugseitiges Nachströmen von Frischluft zu minimieren. Dadurch entsteht im Luftversorgungssystem 20 stromab der Drosselklappe 22 ein Unterdruck, welcher das Spülgefälle über die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 30 zwischen der Abgasanlage 40 und dem Luftversorgungssystem 20 erhöht und somit die Abgaszirkulation begünstigt. Bei einem länger anhaltenden Schubbetrieb ist es möglich, über die Lambdaregelung des Drei-Wege-Katalysators 42 kleine Mengen an Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 einzubringen, um die durch Leckage in dem Luftversorgungssystem 20 eindringende Frischluft zu kompensieren und den überschüssigen Sauerstoff auf dem Drei-Wege-Katalysator 42 umzusetzen. Dadurch wird eine Akkumulation der Sauerstoffkonzentration vermieden, wodurch der Bauteilschutz auch bei längeren Schubphasen effektiv aufrechterhalten werden kann. Wenn der Fahrer wieder ein Wunschmoment von dem Verbrennungsmotor 10 anfordert, wird die Abgasklappe 48 wieder geöffnet und das Abgasrückführungsventil 32 geschlossen, um den Normalbetrieb wieder herzustellen. Dabei kann im Normalbetrieb eine weitere Beladung des Partikelfilters 44 oder eine Regeneration des Partikelfilters 44 erfolgen. Dabei wird der Verbrennungsmotor 10 zur Regeneration des Partikelfilters 44 gezielt mit einem leichten Luftüberschuss von λ = 1,05 bis λ = 1,2 betrieben, sodass eine kontrollierte Oxidation des im Partikelfilter 44 zurückgehaltenen Rußes erfolgt.In a normal operation of the internal combustion engine 10 is like in 2 represented the exhaust flap 48 opened and the exhaust gas recirculation valve 32 closed, so that the exhaust gas of the internal combustion engine initially through the particulate filter 44 and then flowing through the three-way catalyst. At the same time the internal combustion engine becomes 10 operated with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) and contained in the exhaust, limited pollutants, in particular carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) on the catalytically active coating of the particulate filter 44 and the three-way catalyst 42 converted. Parallel the particle filter 44 loaded with soot particles. Reaches the loading of the particle filter 44 a critical condition or exceeds the temperature of the particulate filter 44 a critical threshold, so that a subsequent high oxygen input to an uncontrolled Rußabbrand on the particulate filter 44 could lead as part protection measure for the protection of the particulate filter 44 in a coasting operation of the internal combustion engine 10 first the internal combustion engine 10 continues to operate in a fired operation with stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) until the exhaust flap 48 is completely closed. Under a coasting operation in this context is a driving operation of a motor vehicle to understand in which the internal combustion engine 10 is towed by the rolling motor vehicle. In overrun mode, the injection of fuel into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 prevented, which is referred to as so-called fuel cut. This would be with the exhaust flap open 48 cause the internal combustion engine fresh air with a high oxygen content through the combustion chambers 12 in the exhaust system 40 would promote. But this is at critical loading conditions of the particulate filter 44 and / or high temperatures of the particulate filter 44 to avoid. As soon as the exhaust flap 48 closed and the exhaust gas recirculation valve 32 is opened, the exhaust gas of the internal combustion engine circulates 10 via the high-pressure exhaust gas recirculation line 30 back to the air supply system 20 of the internal combustion engine 10 , and the internal combustion engine 10 will be in one operated unfired overrun operation, where no fuel to the combustion chambers 12 is supplied. Thus, no excess oxygen gets into the exhaust system 40 and uncontrolled soot turnover can be effectively prevented. This condition is in 3 shown. The residual oxygen content in the exhaust gas drops so far that no or only a very low soot oxidation in the particulate filter 44 retained soot particles. In the unfired overrun operation of the internal combustion engine 10 the temperature of the particle filter decreases 44 so that the risk of thermal damage or destruction is minimized. In addition, the throttle is 22 closed in order to minimize the intake side afterflow of fresh air. This arises in the air supply system 20 downstream of the throttle 22 a negative pressure which the purging slope over the high-pressure exhaust gas recirculation line 30 between the exhaust system 40 and the air supply system 20 increases and thus favors the exhaust gas circulation. With a prolonged overrun it is possible, via the lambda control of the three-way catalyst 42 small amounts of fuel in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 contribute to the leakage through the air supply system 20 to compensate for penetrating fresh air and the excess oxygen on the three-way catalyst 42 implement. As a result, an accumulation of the oxygen concentration is avoided, whereby the component protection can be effectively maintained even with longer deceleration phases. When the driver returns a desired torque from the internal combustion engine 10 request, the exhaust flap 48 opened again and the exhaust gas recirculation valve 32 is closed to restore normal operation. In this case, in normal operation, a further loading of the particulate filter 44 or a regeneration of the particulate filter 44 respectively. At the same time the internal combustion engine becomes 10 for regeneration of the particulate filter 44 specifically operated with a slight excess air of λ = 1.05 to λ = 1.2, so that a controlled oxidation of the particulate filter 44 retained soot takes place.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt sind in der Abgasanlage 40 die Positionen des Drei-Wege-Katalysator 42 und des Partikelfilters 44 vertauscht, das heißt, der Drei-Wege-Katalysator 42 ist stromabwärts der Turbine 36 und stromaufwärts des Partikelfilters 44 beziehungsweise des Vier-Wege-Katalysators 54 angeordnet. Die Abgasklappe 48 ist wiederum stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponenten 42, 44, das heißt, stromabwärts des Partikelfilters 44 angeordnet.In 4 is another embodiment of an internal combustion engine according to the invention 10 shown. With essentially the same structure as 1 are executed in the exhaust system 40 the positions of the three-way catalyst 42 and the particulate filter 44 reversed, that is, the three-way catalyst 42 is downstream of the turbine 36 and upstream of the particulate filter 44 or the four-way catalyst 54 arranged. The exhaust flap 48 is again downstream of the second exhaust aftertreatment components 42 . 44 that is, downstream of the particulate filter 44 arranged.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel die Abgasklappe 48 stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 54 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 42 angeordnet. Dabei wird der Drei-Wege-Katalysator 42 in einer Schubphase des Verbrennungsmotors 10 nur mit einer Leckage durch die Abgasklappe 48 durchströmt, sodass ein sauerstoffhaltiges Abgas nur zu einer sehr langsamen und verzögerten Beladung der Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 42 führt. Somit ist in einem nachfolgenden Normalbetrieb kein oder nur ein verkürztes Ausräumen dieser Sauerstoffspeicher des Drei-Wege-Katalysators 42 durch eine motorische Fettphase notwendig.In 5 is another embodiment of an internal combustion engine according to the invention 10 shown. With essentially the same structure as 1 executed in this embodiment, the exhaust valve 48 downstream of the four-way catalyst 54 and upstream of the three-way catalyst 42 arranged. This is the three-way catalyst 42 in a coasting phase of the internal combustion engine 10 only with a leakage through the exhaust flap 48 flows through, so that an oxygen-containing exhaust gas only to a very slow and delayed loading of the oxygen storage of the three-way catalyst 42 leads. Thus, in a subsequent normal operation, no or only a shortened clearing this oxygen storage of the three-way catalyst 42 necessary due to a motor fat phase.

Alternativ kann die Position von Drei-Wege-Katalysator 42 und Vier-Wege-Katalysator 54 beziehungsweise Partikelfilter 44 getauscht werden, sodass der Partikelfilter 44 beziehungsweise der Vier-Wege-Katalysator 54 während der Abgaszirkulation mit geschlossener Abgasklappe nur durch die Gasleckage durch die Abgasklappe 48 durchströmt wird. Somit kann die Temperatur des Partikelfilters 44 im Schubbetrieb gesenkt werden und die Gefahr eines unkontrollierten Rußabbrandes auf dem Partikelfilter 44 verringert werden, da dieser nach einer Rückkehr in den Normalbetrieb erst wieder auf eine Regenerationstemperatur aufgeheizt werden muss, bevor ein signifikanter Rußumsatz auf dem Partikelfilter 44 möglich ist. Diese Ausführungsvariante der Erfindung ist in 6 dargestellt.Alternatively, the position of three-way catalyst 42 and four-way catalyst 54 or particle filter 44 be exchanged so that the particulate filter 44 or the four-way catalyst 54 during the exhaust gas circulation with closed exhaust flap only by the gas leakage through the exhaust flap 48 is flowed through. Thus, the temperature of the particulate filter 44 be lowered in overrun and the risk of uncontrolled Rußabbrandes on the particulate filter 44 be reduced, since this must first be heated to a regeneration temperature after returning to normal operation, before a significant soot on the particulate filter 44 is possible. This embodiment of the invention is in 6 shown.

In 7 sind zwei Geschwindigkeitsverläufe eines Kraftfahrzeuges bei einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei wird der Verbrennungsmotor 10 in den Phasen I und III jeweils in einem Normalbetrieb zur Erzeugung eines Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 10 für das Kraftfahrzeug und in Phase II in einem Schubbetrieb betrieben. In der mit <2> gekennzeichneten Kurve wird der Verbrennungsmotor 10 wie im Stand der Technik bekannt in der Schubphase II mit einem gefeuerten Schubbetrieb und einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ = 1 betrieben. Dabei ist die Bremsleistung durch das Motorschleppmoment reduziert, wodurch es nur zu einer geringen Reduzierung der Geschwindigkeit kommt und gleichzeitig auch während der Schubphase Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingebracht wird, was den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges erhöht. In der Kurve <1> ist ein Geschwindigkeitsverlauf bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, wobei in der Schubphase die Schubabschaltung aktiv ist und kein Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingebracht wird. Somit kann ein effektiver Bauteilschutz für den Partikelfilter 44 und gleichzeitig ein Motorbremsbetrieb mit einem vergleichsweise hohen Schleppmoment realisiert werden.In 7 are two speed curves of a motor vehicle during a coasting operation of the internal combustion engine 10 shown. At the same time the internal combustion engine becomes 10 in the phases I and III in each case in a normal mode for generating a drive torque of the internal combustion engine 10 for the motor vehicle and in phase II operated in a push operation. In the with <2> marked curve is the internal combustion engine 10 as known in the art in the overrun phase II with a fired overrun and a stoichiometric combustion air ratio λ = 1 operated. The braking power is reduced by the engine drag torque, resulting in only a small reduction in speed and at the same time during the boost phase fuel into the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is introduced, which increases the fuel consumption of the motor vehicle. In the curve <1> a speed profile is shown in a method according to the invention, wherein in the overrun phase, the fuel cut is active and no fuel in the combustion chambers 12 of the internal combustion engine 10 is introduced. Thus, an effective component protection for the particulate filter 44 and at the same time an engine braking operation can be realized with a relatively high drag torque.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Einlassinlet
1616
Auslassoutlet
1818
Zündkerze spark plug
2020
LuftversorgungssystemAir supply system
2222
Drosselklappethrottle
2626
Verdichtercompressor
2828
Einleitstelle inlet point
3030
AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
3232
AbgasrückführungsventilExhaust gas recirculation valve
3434
Abgaskühlerexhaust gas cooler
3636
Turbineturbine
3838
Turbolader turbocharger
4040
Abgasanlageexhaust system
4242
Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
4444
Partikelfilterparticulate Filter
4646
Verzweigungsstellebranching point
4848
Abgasklappeexhaust flap
5050
Motorsteuergerät Engine control unit
5252
Abgaskanalexhaust duct
5454
Vier-Wege-Katalysator Four-way catalyst
λλ
VerbrennungsluftverhältnisCombustion air ratio
tt
ZeitTime
vv
Fahrzeuggeschwindigkeitvehicle speed
II
Phase 1 phase 1
IIII
Phase 2Phase 2
IIIIII
Phase 3 Phase 3
<1><1>
Fahrzeuggeschwindigkeit mit SchubabschaltungVehicle speed with fuel cut
<2><2>
Fahrzeuggeschwindigkeit mit gefeuertem SchubbetriebVehicle speed with fired overrun

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102010046896 A1 [0005]DE 102010046896 A1 [0005]
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  • DE 102014118813 A1 [0007]DE 102014118813 A1 [0007]

Claims (10)

Verbrennungsmotor (10) mit einem Luftversorgungssystem (20) und einer Abgasanlage (40), wobei das Luftversorgungssystem (20) eine Drosselklappe (22, 24) aufweist, mit der eine Luftzufuhr zu den Brennräumen (12) des Verbrennungsmotors (10) gesteuert werden kann und einen Verdichter (26) eines Abgasturboladers (38) aufweist, und wobei die Abgasanlage (20) eine Turbine (36) des Abgasturboladers (38) sowie mindestens einen Drei-Wege-Katalysator (42) und einen Partikelfilter (44) umfasst, welche stromabwärts der Turbine (36) des Abgasturboladers (38) angeordnet sind, sowie mit einer Hochdruck-Abgasrückführungsleitung (30), welche die Abgasanlage (40) stromaufwärts der Turbine (36) mit dem Luftversorgungssystem (20) stromaufwärts des Verdichters (26) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (40) stromabwärts zumindest einer der Abgasnachbehandlungskomponenten (42, 44) und stromabwärts des Partikelfilters (44) eine Abgasklappe (48) angeordnet istInternal combustion engine (10) with an air supply system (20) and an exhaust system (40), wherein the air supply system (20) comprises a throttle valve (22, 24) with which an air supply to the combustion chambers (12) of the internal combustion engine (10) can be controlled and a compressor (26) of an exhaust gas turbocharger (38), and wherein the exhaust system (20) comprises a turbine (36) of the exhaust gas turbocharger (38) and at least one three-way catalyst (42) and a particulate filter (44) downstream of the turbine (36) of the exhaust gas turbocharger (38), and a high pressure exhaust gas recirculation line (30) connecting the exhaust system (40) upstream of the turbine (36) to the air supply system (20) upstream of the compressor (26); characterized in that in the exhaust system (40) downstream of at least one of the exhaust aftertreatment components (42, 44) and downstream of the particulate filter (44) an exhaust flap (48) is arranged Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (22, 24) in dem Luftversorgungssystem (20) stromabwärts des Verdichters (26) und stromaufwärts einer Einleitstelle (28) der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung (30) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) after Claim 1 characterized in that the throttle (22, 24) is disposed in the air supply system (20) downstream of the compressor (26) and upstream of a discharge point (28) of the high pressure exhaust gas recirculation line (30). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung (30) ein Abgaskühler (34) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 2 , characterized in that in the high-pressure exhaust gas recirculation line (30), an exhaust gas cooler (34) is arranged. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Drei-Wege-Katalysator (42) als auch der Partikelfilter (44) in einer motornahen Position in der Abgasanlage (40) angeordnet sind, wobei die Abgasklappe (48) stromabwärts beider Abgasnachbehandlungskomponenten (42, 44) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that both the three-way catalyst (42) and the particulate filter (44) are arranged in a near-engine position in the exhaust system (40), wherein the exhaust flap (48) downstream of the exhaust aftertreatment components (42, 44) is. Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (44) mit einer Drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung als Vier-Wege-Katalysator (54) ausgeführt ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the particulate filter (44) is designed with a three-way catalytically active coating as a four-way catalyst (54). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (42, 44) in der Abgasanlage (40) stromaufwärts der Abgasklappe (48) und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (42, 44) stromabwärts der Abgasklappe (48) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 4 characterized in that a first exhaust aftertreatment component (42, 44) is disposed in the exhaust system (40) upstream of the exhaust valve (48) and a second exhaust after treatment component (42, 44) downstream of the exhaust valve (48). Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hochdruck-Abgasrückführung (30) ein Steuerventil (32) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that in the high-pressure exhaust gas recirculation (30), a control valve (32) is arranged. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (44) in einer Abgasanlage (40) eines Verbrennungsmotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend folgende Schritte: - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem Normalbetrieb, wobei der Partikelfilter (44) mit Rußpartikeln aus dem Abgas des Verbrennungsmotors (10) beladen wird, - Erkennen eines Beladungszustands sowie einer Temperatur des Partikelfilters (44), und - Schließen der Abgasklappe (48), wenn in einem kritischen Beladungszustand und/oder bei einer kritischen Bauteiltemperatur des Partikelfilters (44) ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) eingeleitet wird.Method for regeneration of a particulate filter (44) in an exhaust system (40) of an internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 to 7 comprising the following steps: - operating the internal combustion engine (10) in a normal operation, wherein the particulate filter (44) is loaded with soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engine (10), - detecting a loading state and a temperature of the particulate filter (44), and Closing the exhaust flap (48), when in a critical loading state and / or at a critical component temperature of the particulate filter (44) a coasting operation of the internal combustion engine (10) is initiated. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) solange mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben wird, bis die Abgasklappe (48) vollständig geschlossen ist.Method according to Claim 8 , characterized in that the internal combustion engine (10) as long as with a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) is operated until the exhaust valve (48) is completely closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schubphase des Verbrennungsmotors (10) bei geschlossener Abgasklappe (48) Kraftstoff in die Brennräume (12) des Verbrennungsmotors (10) eingebracht wird.Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that in a coasting phase of the internal combustion engine (10) with the exhaust flap (48) closed fuel in the combustion chambers (12) of the internal combustion engine (10) is introduced.
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