DE102019108016B4 - Process for regenerating a particle filter - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (30) oder eines Vier-Wege-Katalysators (32) in einer Abgasanlage (20) eines Verbrennungsmotors (10), umfassend folgende Schritte:- Regenerieren des Partikelfilters (30) oder des Vier-Wege-Katalysators (32) in einem ungefeuerten Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10), in welcher kein Kraftstoff in einem Brennraum (12, 14, 16, 18) des Verbrennungsmotors (10) verbrannt wird,- Oxidation von im Partikelfilter (30) oder im Vier-Wege-Katalysator (32) zurückgehaltenen Rußpartikeln in dem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10),- Ermitteln einer Bauteiltemperatur (TPF, TFWC) des Partikelfilters (30) oder des Vier-Wege-Katalysators (32),- Vergleichen der ermittelten Bauteiltemperatur (TPF, TFWC) mit einer kritischen Bauteilgrenztemperatur (Tkrit),- Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem teilgefeuerten Betrieb, wenn die kritische Bauteilgrenztemperatur (Tkrit) überschritten wird oder ein Gradient des Temperaturanstiegs der Bauteiltemperatur (TPF, TFWC) ein Überschreiten der kritischen Bauteilgrenztemperatur (Tkrit) nahelegt, wobei mindestens ein Brennraum (12, 14, 16, 18) weiterhin ungefeuert betrieben wird,- Oxidation der im Partikelfilter (30) oder im Vier-Wege-Katalysator (32) zurückgehaltenen Rußpartikel in dem teilgefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors (10), wobei ein überstöchiometrisches Abgas-Luft-Verhältnis (λEG> 1) eingestellt wird, welches einen weiteren Temperaturanstieg im Partikelfilter (30) oder im Vier-Wege-Katalysator (32) verhindert oder begrenzt, wobei- eine Leerlaufdrehzahl in dem teilgefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors (10) angehoben wird.Method for regenerating a particle filter (30) or a four-way catalytic converter (32) in an exhaust system (20) of an internal combustion engine (10), comprising the following steps: - regenerating the particle filter (30) or the four-way catalytic converter (32 ) in an unfired overrun mode of the internal combustion engine (10), in which no fuel is burned in a combustion chamber (12, 14, 16, 18) of the internal combustion engine (10), - oxidation in the particle filter (30) or in the four-way catalytic converter (32) retained soot particles in the overrun mode of the internal combustion engine (10), - determining a component temperature (TPF, TFWC) of the particle filter (30) or the four-way catalytic converter (32), - comparing the determined component temperature (TPF, TFWC) with a critical component limit temperature (Tcrit), - operating the internal combustion engine (10) in a partially fired operation when the critical component limit temperature (Tcrit) is exceeded or a gradient of the temperature rise of the component temperatures ture (TPF, TFWC) suggests that the critical component limit temperature (Tcrit) is exceeded, with at least one combustion chamber (12, 14, 16, 18) continuing to be operated without being fired, - oxidation of the particles in the particle filter (30) or in the four-way catalytic converter ( 32) retained soot particles in the partially fired operation of the internal combustion engine (10), with an over-stoichiometric exhaust gas/air ratio (λEG> 1) being set, which prevents a further rise in temperature in the particle filter (30) or in the four-way catalytic converter (32). or limited, wherein- an idling speed is increased in the part-fired operation of the internal combustion engine (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Ottomotor und einem in der Abgasanlage des Ottomotors angeordneten Partikelfilter zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for regenerating a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine, in particular an Otto engine, according to the preamble of the independent patent claim. The invention also relates to a motor vehicle with an Otto engine and a particle filter arranged in the exhaust system of the Otto engine for carrying out such a method.
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. Ferner kann eine Regeneration des Partikelfilters in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt werden. In der Phase der Schubabschaltung wird die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors deaktiviert und der Verbrennungsmotor pumpt Frischluft und somit Sauerstoff in die Abgasanlage. Hat der Partikelfilter zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur von mehr als 500°C, werden die im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel durch den Sauerstoff oxidiert. Dies wird als passive Regeneration des Partikelfilters bezeichnet.The continuous tightening of the exhaust gas legislation places high demands on the vehicle manufacturers, which are solved by appropriate measures to reduce engine raw emissions and appropriate exhaust gas aftertreatment. With the introduction of the EU6 legislative stage, a limit value for a particle number is prescribed for petrol engines, which in many cases makes the use of a petrol particle filter necessary. Such an Otto particle filter is loaded with soot when driving. So that the exhaust back pressure does not increase too much, this Otto particle filter must be regenerated continuously or periodically. The increase in exhaust gas back pressure can lead to increased consumption by the combustion engine, loss of performance and an impairment of smooth running up to misfiring. In order to thermally oxidize the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in conjunction with the oxygen present at the same time in the exhaust system of the Otto engine is necessary. Since modern Otto engines are normally operated with a stoichiometric combustion air ratio (λ=1) without excess oxygen, additional measures are required. In addition, possible measures include, for example, increasing the temperature by adjusting the ignition angle, temporarily leaning the gasoline engine, blowing secondary air into the exhaust system, or a combination of these measures. Up to now, retarding the ignition angle in combination with lean adjustment of the Otto engine has been preferred, since this method does not require any additional components and can supply a sufficient quantity of oxygen at most operating points of the Otto engine. Furthermore, the particle filter can be regenerated when the internal combustion engine is overrun. In the fuel cut-off phase, the injection of fuel into the combustion chambers of the combustion engine is deactivated and the combustion engine pumps fresh air and thus oxygen into the exhaust system. If the particle filter has a temperature of more than 500°C at this point, the soot particles retained in the particle filter are oxidized by the oxygen. This is called passive regeneration of the particulate filter.
In der Phase der passiven Regeneration steht der Bauteilschutz im Vordergrund. Dabei ist zwingend darauf zu achten, dass eine Bauteilgrenztemperatur für den Partikelfilter nicht überschritten wird, um eine thermische Schädigung des Partikelfilters zu vermeiden. Infolge des hohen Sauerstoffgehalts in der Frischluft reagiert der im Partikelfilter zurückgehaltene Ruß exotherm mit dem Sauerstoff und es kommt zu einem exponentiellen Temperaturanstieg im Partikelfilter. Die Bauteilgrenztemperatur kann in diesem Fall dadurch eingehalten werden, dass die Schubabschaltung deaktiviert wird und wieder Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Dabei erfolgt ein stöchiometrischer Betrieb des Verbrennungsmotors, sodass das Abgas keinen Restsauerstoff zur Oxidation der Rußpartikel enthält. Diese Maßnahme zum Bauteilschutz führt jedoch zu einem Mehrverbrauch und gegebenenfalls zu einer Einschränkung des Fahrkomforts.In the phase of passive regeneration, the focus is on component protection. It is imperative to ensure that a component limit temperature for the particle filter is not exceeded in order to avoid thermal damage to the particle filter. As a result of the high oxygen content in the fresh air, the soot retained in the particle filter reacts exothermically with the oxygen and the temperature in the particle filter rises exponentially. In this case, the component limit temperature can be maintained by deactivating the fuel cutoff and injecting fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine again. The combustion engine is operated stoichiometrically so that the exhaust gas does not contain any residual oxygen to oxidize the soot particles. However, this measure to protect components leads to increased consumption and possibly to a reduction in driving comfort.
Aus der
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Darüber hinaus ist aus der
Die
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Aus der US 2017 / 0 051 652 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug bekannt. Das Verfahren umfasst Schritte zum Schutz des Dieselpartikelfilters vor Überhitzung und vorzeitiger Alterung. Dabei wird zur Steuerung der Partikelfiltertemperatur eine Zylinderabschaltung des Verbrennungsmotors oder eine Motordrehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert oder geregelt.A method for regenerating a particle filter in the exhaust system of an internal combustion engine in a motor vehicle is known from US 2017/0 051 652 A1. The procedure includes steps to protect the diesel particulate filter from overheating and premature aging. In this case, to control the particle filter temperature, a cylinder deactivation of the internal combustion engine or an engine speed of the internal combustion engine is controlled or regulated.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass die Verfahren entweder die Regeneration eines stets mit Luftüberschuss betriebenen Dieselmotors betreffen und somit nicht auf einen stöchiometrisch betriebenen Ottomotor übertragbar sind oder die Schubluftmenge in den bekannten Verfahren begrenzt wird, um einen unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter zu vermeiden. Dabei wird die Schubluft derart stark gedrosselt, dass sich relativ lange Zeiträume für die Regeneration des Partikelfilters ergeben. Zudem kann die geringe Schubluftmenge dazu führen, dass die Temperatur des Partikelfilters unter eine zur Oxidation des Rußes notwendige Regenerationstemperatur fällt, sodass die Regeneration zum Stillstand kommt und zusätzliche Heizmaßnahmen eingeleitet werden müssen, um den Partikelfilter wieder auf die Regenerationstemperatur aufzuheizen.The disadvantage of the known solutions, however, is that the methods either relate to the regeneration of a diesel engine that is always operated with excess air and can therefore not be transferred to a stoichiometrically operated Otto engine, or the amount of boost air is limited in the known methods in order to avoid uncontrolled soot burn-off on the particle filter . The overrun air is throttled to such an extent that there are relatively long periods of time for the regeneration of the particle filter. In addition, the small amount of overrun air can lead to the temperature of the particle filter falling below the regeneration temperature required for the oxidation of the soot, so that the regeneration comes to a standstill and additional heating measures have to be initiated in order to heat the particle filter back to the regeneration temperature.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen wirkungsvollen Bauteilschutz für den Partikelfilter zu realisieren und gleichzeitig eine kontinuierliche passive Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen.The object of the invention is to implement effective component protection for the particle filter and at the same time to enable continuous passive regeneration of the particle filter.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- - Regenerieren des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators in einer ungefeuerten Schubphase des Verbrennungsmotors, in welcher kein Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors verbrannt wird,
- - Oxidation der im Partikelfilter oder im Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltenen Rußpartikel im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors,
- - Ermitteln einer Bauteiltemperatur des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators,
- - Vergleichen der ermittelten Bauteiltemperatur mit einer kritischen Bauteilgrenztemperatur,
- - Betreiben des Verbrennungsmotors in einem teilgefeuerten Betrieb, wenn die kritische Bauteilgrenztemperatur überschritten wird oder ein Gradient des Temperaturanstiegs der Bauteiltemperatur ein Überschreiten der kritischen Bauteilgrenztemperatur nahelegt, wobei mindestens ein Brennraum weiterhin ungefeuert betrieben wird,
- - Oxidation der im Partikelfilter oder im Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltenen Rußpartikel im teilgefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors, wobei ein überstöchiometrisches Abgas-Luft-Verhältnis eingestellt wird, welches einen weiteren Temperaturanstieg im Partikelfilter oder im Vier-Wege-Katalysator verhindert oder begrenzt, wobei
- - eine Leerlaufdrehzahl in dem teilgefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors angehoben wird.
- - Regeneration of the particle filter or the four-way catalytic converter in an unfired overrun phase of the internal combustion engine, in which no fuel is burned in the combustion chambers of the internal combustion engine,
- - Oxidation of the soot particles retained in the particulate filter or in the four-way catalytic converter when the combustion engine is overrun,
- - determining a component temperature of the particle filter or the four-way catalytic converter,
- - Comparing the determined component temperature with a critical component limit temperature,
- - Operating the internal combustion engine in a partially fired mode if the critical component limit temperature is exceeded or a gradient in the temperature rise of the component temperature suggests that the critical component limit temperature is exceeded, with at least one combustion chamber continuing to be operated unfired,
- - Oxidation of the soot particles retained in the particle filter or in the four-way catalytic converter in the partially fired operation of the internal combustion engine, with a super-stoichiometric exhaust gas/air ratio being set, which prevents or limits a further increase in temperature in the particulate filter or in the four-way catalytic converter, wherein
- - an idle speed is increased in the partially fired operation of the internal combustion engine.
Unter einem teilgefeuerten Betrieb ist in diesem Zusammenhang ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu verstehen, in dem in eine erste Gruppe von Brennräumen Kraftstoff eingespritzt wird und dieser Kraftstoff durch Zündung verbrannt wird, während in mindestens einen Brennraum kein Kraftstoff eingespritzt wird und es in diesem Brennraum folglich zu keiner Wärmeentwicklung kommt und von diesem Zylinder kein Antriebsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird.In this context, a partially fired operation is to be understood as an operating state of the internal combustion engine in which fuel is injected into a first group of combustion chambers and this fuel is burned by ignition, while no fuel is injected into at least one combustion chamber and it consequently closes no heat is generated and no drive torque is transmitted from this cylinder to the crankshaft of the combustion engine.
Durch ein vorgeschlagenes Verfahren ist es möglich, eine passive Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators durchzuführen. Dabei wird die Regeneration nicht dadurch unterbrochen, dass der Verbrennungsmotor zum Bauteilschutz des Partikelfilters oder Vier-Wege-Katalysators in einen stöchiometrischen Normalbetrieb überführt wird, sondern die Abbrandreaktion kann im Schubbetrieb aufrechterhalten bleiben, indem der Verbrennungsmotor von dem ungefeuerten Schubbetrieb in einen teilgefeuerten Betrieb mit überstöchiometrischem Abgas überführt wird. Gleichzeitig kann der Temperaturanstieg des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators derart begrenzt werden, dass eine thermische Schädigung des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators betriebssicher verhindert wird.A proposed method makes it possible to carry out passive regeneration of a particle filter or a four-way catalytic converter. The regeneration is not interrupted by the fact that the combustion engine is switched to normal stoichiometric operation to protect the component of the particle filter or four-way catalytic converter, but the combustion reaction can be maintained in overrun mode by switching the combustion engine from unfired overrun mode to partially fired operation with over-stoichiometric Exhaust gas is transferred. At the same time, the rise in temperature of the particulate filter or the four-way catalytic converter can be limited in such a way that thermal damage to the particulate filter or the four-way catalytic converter is prevented in an operationally reliable manner.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters möglich.Advantageous improvements and further developments of the method for regenerating a particle filter specified in the independent claim are possible as a result of the features listed in the dependent claims.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im ungefeuerten Betrieb die Kraftstoffeinspritzung in den jeweiligen Brennraum ausgeschaltet wird. Durch eine Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung kann der jeweilige Brennraum in einen ungefeuerten Betrieb überführt werden. Dabei bleiben die Einlass- und Auslassventile aktiv, sodass der jeweilige Zylinder die Frischluft verdichtet und in die Abgasanlage ausschiebt.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the fuel injection into the respective combustion chamber is switched off in unfired operation. By switching off the fuel injection, the respective combustion chamber can be switched to unfired operation. The intake and exhaust valves remain active, so that the respective cylinder compresses the fresh air and expels it into the exhaust system.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die im teilgefeuerten Betrieb aktiven Brennräume mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden. Durch einen stöchiometrischen Betrieb können die Rohemissionen in dem jeweiligen Brennraum minimiert werden. Zudem können die verbleibenden Emissionen durch einen Drei-Wege-Katalysator in der Abgasanlage auf einfache Art und Weise konvertiert werden, sodass die Endrohremissionen in dem teilgefeuerten Betrieb minimiert werden.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the combustion chambers that are active in partially fired operation are operated with a stoichiometric combustion air ratio. The raw emissions in the respective combustion chamber can be minimized through stoichiometric operation. In addition, the remaining emissions can be easily converted by a three-way catalytic converter in the exhaust system, so that tailpipe emissions are minimized in partially fired operation.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die im teilgefeuerten Betrieb aktiven Brennräume mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden. Durch ein unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis gelangt unverbrannter Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffmonoxid in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors. Diese können auf dem Drei-Wege-Katalysator genutzt werden, um Stickoxide zu reduzieren. Allerdings führt ein unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis zu einer exothermen Umsetzung der unverbrannten oder teilverbrannten Abgaskomponenten, was zu einem weiteren Temperaturanstieg in der Abgasanlage führen kann.Alternatively, it is advantageously provided that the combustion chambers that are active in partially fired operation are operated with a sub-stoichiometric combustion air ratio. A sub-stoichiometric air/fuel ratio means that unburned hydrocarbons and carbon monoxide get into the exhaust system of the combustion engine. These can be used on the three-way catalytic converter to reduce nitrogen oxides. However, a sub-stoichiometric combustion air ratio leads to exothermic conversion of the unburned or partially burned exhaust gas components, which can lead to a further increase in temperature in the exhaust system.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abgas-Luft-Verhältnis durch das Verbrennungsluftverhältnis in den im teilgefeuerten Betrieb aktiven Brennräumen geregelt wird. Durch das Verbrennungsluftverhältnis in den aktiven Brennräumen kann auf einfache Art und Weise das Abgasluftverhältnis regelt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Abgas nicht zu viel Sauerstoff enthält, sodass ein unkontrollierter Rußabbrand auf dem Partikelfilter verhindert wird.In a preferred embodiment of the method, it is provided that the exhaust gas/air ratio is regulated by the combustion air ratio in the combustion chambers that are active in partially fired operation. The exhaust air ratio can be controlled in a simple manner by the combustion air ratio in the active combustion chambers. This ensures that the exhaust gas does not contain too much oxygen, preventing uncontrolled soot burning off the particle filter.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn im teilgefeuerten Betrieb ein Abgas-Luft-Verhältnis von 1,02 <λEG <1,2 eingestellt wird. In diesem Bereich wird ein hinreichender Sauerstoffüberschuss bereitgestellt, um eine hinreichend hohe Rußabbrandgeschwindigkeit auf dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator für eine schnelle Regeneration zu erreichen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die kritische Bauteilgrenztemperatur nicht durch einen unkontrollierten Rußabbrand überschritten wird.It is particularly preferred if an exhaust gas/air ratio of 1.02<λ EG <1.2 is set in partially fired operation. A sufficient excess of oxygen is provided in this area to achieve a sufficiently high rate of soot burn-off on the particle filter or the four-way catalytic converter for rapid regeneration and at the same time ensure that the critical component limit temperature is not exceeded by uncontrolled soot burn-off.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bauteilgrenztemperatur im Bereich zwischen 850°C und 950°C liegt. Oberhalb dieses Temperaturbereichs ist mit einer vorzeitigen Alterung oder einer thermischen Schädigung des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators zu rechnen. Daher ist es zielführend, die Temperatur des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators auf diese obere Grenztemperatur zu beschränken.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the component limit temperature is in the range between 850°C and 950°C. Above this temperature range, premature aging or thermal damage to the particulate filter or the four-way catalytic converter is to be expected. It is therefore expedient to limit the temperature of the particle filter or the four-way catalytic converter to this upper limit temperature.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors in dem teilgefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors angehoben wird. Dies hat den positiven Nebeneffekt, dass ein teilgefeuerter Betrieb nicht zu einem unrunden Motorlauf und damit verbundenen Komforteinbußen führt. Ferner wird das akustische Verhalten des Verbrennungsmotors verbessert und „Rumpelgeräusche“ vermieden.According to the invention it is provided that the idling speed of the internal combustion engine is increased in the partially fired operation of the internal combustion engine. This has the positive side effect that partially fired operation does not lead to uneven engine running and the associated loss of comfort. Furthermore, the acoustic behavior of the combustion engine is improved and "rumbling noises" are avoided.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schubluftmenge über eine Veränderung der Stellung einer Drosselklappe im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors oder eine Anpassung der Öffnungszeiten der Ventile des Verbrennungsmotors angepasst wird. Durch eine Veränderung der Stellung der Drosselklappe oder eine Verlängerung der Öffnungszeiten der Ventile kann auf entsprechend einfache Art und Weise mit bereits vorhandenen Komponenten des Ansaugtraktes beziehungsweise des Verbrennungsmotors eine Anpassung der Schubluftmenge erfolgen. Somit sind keine zusätzlichen Komponenten notwendig, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen kostenneutral durchgeführt werden kann.In a preferred embodiment of the method, it is provided that the boost air quantity is adjusted by changing the position of a throttle valve in the intake tract of the internal combustion engine or by adjusting the opening times of the valves of the internal combustion engine. By changing the position of the throttle valve or extending the opening times of the valves, the amount of boost air can be adjusted in a correspondingly simple manner using existing components of the intake tract or of the internal combustion engine. No additional components are therefore necessary, as a result of which the method according to the invention can be carried out essentially cost-neutrally.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Drosselklappe im Schubbetrieb so weit geöffnet wird, dass ein maximaler Rußumsatz auf dem Partikelfilter oder dem Vier-Wege-Katalysator erreicht wird. Um den Rußumsatz im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zu erhöhen, wird die Drosselklappe geöffnet, wodurch die Luftmenge, welche über die Brennräume in die Abgasanlage eingetragen wird, erhöht wird. Dadurch wird mehr Frischluft zur Oxidation des im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes bereitgestellt, wodurch die Regeneration des Partikelfilters beschleunigt wird. Ferner steigt mit der Umsatzgeschwindigkeit des Rußes die Temperatur des Partikelfilters, sodass auf innermotorische Heizmaßnahmen oder ein externes Heizen verzichtet werden kann. Alternativ kann die Heizleistung entsprechend reduziert werden.In this context, it is particularly preferred if the throttle flap is opened so far in overrun mode that maximum soot conversion on the particle filter or the four-way catalytic converter is achieved. In order to increase the soot conversion when the combustion engine is overrun, the throttle valve is opened, which increases the amount of air that is fed into the exhaust system via the combustion chambers. As a result, more fresh air is made available for oxidizing the soot retained in the particle filter, which speeds up the regeneration of the particle filter. Furthermore, the temperature of the particle filter increases with the conversion rate of the soot, so that internal engine heating measures or external heating can be dispensed with. Alternatively, the heating output can be reduced accordingly.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im teilgefeuerten Betrieb die Zündung in den aktiven Brennräumen in Richtung „früh“ verstellt wird, um ein zusätzliches Aufheizen des Abgasstroms zu minimieren. Eine Verstellung des Zündzeitpunktes führt bei gleicher Kraftstoffmenge zu tendenziell niedrigerer Abgastemperatur und somit einem geringeren Wärmeeintrag in die Abgasanlage. Dadurch kann die Gefahr eines Überschreitens der kritischen Bauteilgrenztemperatur bei einer passiven Regeneration des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators weiter reduziert werden. Durch den früheren Zündzeitpunkt wird die Abgastemperatur im teilgefeuerten Betrieb abgesenkt.In an advantageous further development of the method, provision is made for the ignition in the active combustion chambers to be adjusted in the “advance” direction in partially fired operation in order to minimize additional heating of the exhaust gas flow. Adjusting the ignition point with the same amount of fuel tends to result in a lower exhaust gas temperature and thus less heat input into the exhaust system. This can further reduce the risk of exceeding the critical component limit temperature during passive regeneration of the particle filter or the four-way catalytic converter. Due to the earlier ignition timing, the exhaust gas temperature is lowered in partially fired operation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der teilgefeuerte Betrieb maximal 7 Sekunden, bevorzugt maximal 5 Sekunden nach dem Beginn des Schubbetriebs aufgenommen wird. Durch eine entsprechende zeitliche Begrenzung des ungefeuerten Schubbetriebs kann der Sauerstoffeintrag in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors begrenzt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die kritische Bauteilgrenztemperatur nicht überschritten wird und es nicht zu einer thermischen Schädigung des Partikelfilters oder des Vier-Wege-Katalysators kommt.In a preferred embodiment of the method, it is provided that the partially fired operation is started a maximum of 7 seconds, preferably a maximum of 5 seconds, after the start of the overrun operation. The oxygen input into the exhaust system of the internal combustion engine can be limited by a corresponding time limit of the unfired overrun operation. This ensures that the critical component limit temperature is not exceeded and there is no thermal damage to the particulate filter or the four-way catalytic converter.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, vorgeschlagen, wobei in der Abgasanlage ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor mit einem Motorsteuergerät verbunden ist, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät ausgeführt wird. Bei einem solchen Kraftfahrzeug ist es möglich, in einer Schubphase des Verbrennungsmotors ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters durchzuführen, um eine effiziente und effektive Regeneration des Partikelfilters zu erreichen. Dabei kann sowohl die Regenerationszeit des Partikelfilters verringert werden als auch der Mehrverbrauch zur Regeneration des Partikelfilters minimiert werdenAccording to the invention, a motor vehicle with an internal combustion engine is proposed, the outlet of which is connected to an exhaust system, a particle filter or a four-way catalytic converter being arranged in the exhaust system, the internal combustion engine being connected to an engine control unit which is set up to carry out a method according to the invention when a machine-readable program code is executed by the engine control unit. In such a motor vehicle it is possible to carry out a method according to the invention for regenerating the particle filter in an overrun phase of the internal combustion engine in order to achieve efficient and effective regeneration of the particle filter. In this way, both the regeneration time of the particulate filter can be reduced and the additional consumption for regenerating the particulate filter can be minimized
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor als Vierzylindermotor ausgeführt ist, wobei in dem teilgefeuerten Betrieb drei Brennräume gefeuert und ein Brennraum ungefeuert betrieben werden. Bei einem VierZylinder-Motor kann auf einfache Art und Weise ein überstöchiometrisches Abgas mit einem leichten Sauerstoffüberschuss erreicht werden, wenn in einem teilgefeuerten Betrieb drei Brennräume gefeuert und ein Brennraum ungefeuert betrieben werden. Vorzugsweise werden die drei gefeuerten Brennräume mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis oder einem leicht unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu minimieren und eine effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.In a preferred embodiment of the invention, the internal combustion engine is designed as a four-cylinder engine, with three combustion chambers being fired and one combustion chamber being operated unfired in the partially fired mode. In a four-cylinder engine, an over-stoichiometric exhaust gas with a slight excess of oxygen can be achieved in a simple manner if three combustion chambers are fired and one combustion chamber is operated unfired in part-fired operation. The three fired combustion chambers are preferably operated with a stoichiometric combustion air ratio or a slightly sub-stoichiometric combustion air ratio in order to minimize the raw emissions of the internal combustion engine and to enable efficient exhaust gas aftertreatment.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
-
1 ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, in dessen Abgasanlage ein Partikelfilter oder ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist, bei welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters durchgeführt werden kann; und -
2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors.
-
1 a motor vehicle with an internal combustion engine, in whose exhaust system a Parti kelfilter or a four-way catalyst is arranged, in which an inventive method for regenerating the particle filter can be carried out; and -
2 a flowchart for carrying out a method according to the invention for regenerating a particle filter or a four-way catalytic converter in the exhaust system of an internal combustion engine.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 48 mit einer Abgasanlage 30 verbunden. Die Abgasanlage 30 umfasst in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch einen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 eine Turbine 26 des Abgasturboladers 24, welcher über eine Welle den Verdichter 58 in dem Ansaugkanal 52 antreibt. Stromabwärts der Turbine 26 ist ein Drei-Wege-Katalysator 28 und weiter stromabwärts ein Partikelfilter 30 angeordnet. Alternativ kann der Partikelfilter 30 auch mit einer drei-Wege-katalytisch wirksamen Beschichtung als sogenannter Vier-Wege-Katalysator 32 ausgeführt sein. Stromabwärts der Turbine 26 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 28 ist im Abgaskanal 22 eine erste Lambdasonde 34, vorzugsweise eine Breitbandsonde, angeordnet, um das Verbrennungsluftverhältnis im Abgas zu bestimmen. Stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 28 und stromaufwärts des Partikelfilters 30 ist im Abgaskanal 22 eine zweite Lambdasonde 36 vorgesehen, welche als Sprungsonde oder als Breitbandsonde ausgeführt sein kann. Ferner ist in der Abgasanlage, vorzugsweise am Partikelfilter 30, ein Temperatursensor 38 vorgesehen, mit welchem eine Abgastemperatur vor Eintritt in den Partikelfilter 30 bestimmt werden kann und auf Basis dieser eine Temperatur des Partikelfilters 30 berechnet werden kann. Ferner ist stromaufwärts des Partikelfilters 30 ein erster Drucksensor 62 und stromabwärts des Partikelfilters 30 ein zweiter Drucksensor 64 vorgesehen, mit welchem ein Differenzdruck über den Partikelfilter 30 bestimmt wird. Da die Druckdifferenz über den Partikelfilter 30 mit zunehmender Beladung des Partikelfilters 30 steigt, kann anhand dieser Druckdifferenz der Beladungszustand des Partikelfilters 30 abgeschätzt werden und ermittelt werden, wann eine Regeneration des Partikelfilters 30 notwendig ist. Alternativ kann die Beladung des Partikelfilters 30 auch über ein Beladungsmodell bestimmt werden, welches anhand der Motorparameter des Verbrennungsmotors 10 einen Rußeintrag in den Partikelfilter 30 beziehungsweise einen Rußaustrag aus dem Partikelfilter 30 berechnet und somit die Beladung des Partikelfilters 30 berechnet.The
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 60 verbunden. Das Motorsteuergerät 60 steuert die Einspritzmengen und den Einspritzzeitpunkt der Kraftstoffinjektoren 46 zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume 12, 14, 16, 18 des Verbrennungsmotors 10 sowie die Stellung der Drosselklappe 56 im Ansaugkanal 52. Ferner ist das Motorsteuergerät 60 über Signalleitungen mit den Lambdasonden 34, 36, dem Temperatursensor 38 sowie den Sensoren 62, 64 zur Differenzdruckmessung über den Partikelfilter 30 verbunden.
Alternativ zu einem Drei-Wege-Katalysator 28 mit einem in Strömungsrichtung nachgeschalteten Partikelfilter 30 kann der Partikelfilter 30 auch als sogenannter Vier-Wege-Katalysator 32 mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung ausgeführt sein. In diesem Fall kann ein zusätzlicher Drei-Wege-Katalysator 28 entfallen. Alternativ kann ein weiterer Drei-Wege-Katalysator 28 auch stromaufwärts des Vier-Wege-Katalysators 32 angeordnet sein, wobei in diesem Fall ein kleinvolumiger weiterer Drei-Wege-Katalysator 28 vorgesehen ist, welcher sich nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 schnell auf seine Betriebstemperatur aufheizt und somit zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 für eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgas sorgen kann.As an alternative to a three-way
In
Ist die Regeneration des Partikelfilters 30 oder des Vier-Wege-Katalysators 32 abgeschlossen, wird der Verbrennungsmotor 10 in einem Verfahrensschritt <170> wieder in einem Normalbetrieb betrieben, in dem sämtliche Brennräume 12, 14, 16, 18 in einem gefeuerten Betriebszustand operieren.If the regeneration of the
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 1212
- Brennraumcombustion chamber
- 1414
- Brennraumcombustion chamber
- 1616
- Brennraumcombustion chamber
- 1818
- Brennraumcombustion chamber
- 2020
- Abgasanlageexhaust system
- 2222
- Abgaskanalexhaust duct
- 2424
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 2626
- Turbineturbine
- 2828
- Drei-Wege-KatalysatorThree-way catalytic converter
- 3030
- Partikelfilterparticle filter
- 3232
- Vier-Wege-KatalysatorFour-way catalytic converter
- 3434
- erste Lambdasondefirst lambda probe
- 3636
- zweite Lambdasondesecond lambda probe
- 3838
- Temperatursensortemperature sensor
- 4040
- Einlassventilintake valve
- 4242
- Auslassventiloutlet valve
- 4444
- Zündkerzespark plug
- 4646
- Kraftstoffinjektorfuel injector
- 4848
- Auslassoutlet
- 5050
- Luftversorgungssystemair supply system
- 5252
- Ansaugkanalintake duct
- 5454
- Luftfilterair filter
- 5656
- Drosselklappethrottle
- 5858
- Verdichtercompressor
- 6060
- Steuergerätcontrol unit
- 100100
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
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