WO2004048757A1 - Method for operating an internal combustion engine comprising a particle filter - Google Patents

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WO2004048757A1 PCT/EP2003/012586 EP0312586W WO2004048757A1 WO 2004048757 A1 WO2004048757 A1 WO 2004048757A1 EP 0312586 W EP0312586 W EP 0312586W WO 2004048757 A1 WO2004048757 A1 WO 2004048757A1
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Ulrich-Dieter Standt
Kurt Weidmann
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Volkswagen Ag
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture

Definitions

  • DE 199 45 260 A1 discloses a process for the simultaneous reduction of nitrogen oxides and soot particles of a diesel engine.
  • a controlled reduction in a NOx storage catalytic converter at lambda ⁇ 1 is used to achieve exhaust gas heating above the diesel exhaust gas temperature, so that soot particles are burned off in a particle filter.
  • it is provided to achieve an appropriate exhaust gas heating by means of an oxidation reaction of HC in an oxidation catalyst or by means of separate fuel injection into the diesel exhaust gas, which enables soot particles to be burned off in a particle filter.
  • a lambda value of an air-fuel ratio between a value less than 1 and a value greater than 1 is periodically changed back and forth in such a way that a temperature of the particle filter is achieved by means of a Exhaust gas heating is increased to a value at which the particle filter is regenerated.
  • the periodic change in the lambda value is expediently controlled and / or ended as a function of the exhaust gas temperature and / or the temperature of the particle filter.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, especially a diesel engine, especially for a motor vehicle, whereby a particle filter arranged in the exhaust gas system of the internal combustion engine is regenerated as required. According to said method, during the operation of the internal combustion engine over a pre-determined length of time, a lambda value of an air-fuel ratio is periodically adjusted back and forth between a value lower than 1 and a value higher than 1, in such a way that the temperature of the particle filter is increased by heating exhaust gas to a value at which a regeneration of the particle filter takes place.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Partikelfilter Method for operating an internal combustion engine with a particle filter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter bedarfsweise regeneriert wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, in particular for a motor vehicle, wherein a particle filter arranged in the exhaust line of the internal combustion engine is regenerated as required, according to the preamble of claim 1.
Zur Reduktion eines Ausstoßes von Rußpartikeln ist es bei Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt, im Abgasstrang einen Dieselpartikelfilter vorzusehen. Dieser muß in regelmäßigen Abständen regeneriert werden, d.h. die im Partikelfilter eingelagerten Rußpartikel müssen abgebrannt werden, damit ein durch den zunehmenden Widerstand des mehr und mehr zugesetzten Partikelfilters entstehender Abgasgegendruck nicht zu hoch wird. In der Mehrzahl aller denkbaren Fahrsituationen reicht die motorisch erzeugte Temperatur des Dieselpartikelfilters jedoch nicht aus, um zuverlässig eine Regeneration des Partikelfilters einzuleiten. Das Abgas des Dieselmotors ist überwiegend zu kalt. Nur bei mit hoher Last betriebenen Fahrzeugen kann diese motorische Regeneration ausreichen.In order to reduce the emission of soot particles, it is known in diesel engines of motor vehicles to provide a diesel particle filter in the exhaust line. This must be regenerated at regular intervals, i.e. The soot particles stored in the particle filter must be burned off so that an exhaust gas back pressure resulting from the increasing resistance of the more and more added particle filter does not become too high. In the majority of all conceivable driving situations, however, the motor-generated temperature of the diesel particle filter is not sufficient to reliably initiate regeneration of the particle filter. The exhaust gas from the diesel engine is mostly too cold. This motor regeneration can only be sufficient for vehicles operated at high loads.
Aus der DE 199 45 260 A1 ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Reduktion von Stickoxiden und Rußpartikeln eines Dieselmotors bekannt. Hierbei wird eine gesteuerte Reduktion in einem NOx-Speicherkatalysator bei Lambda < 1 dazu genutzt, eine Abgaserhitzung über die Dieselabgastemperatur hinaus zu erzielen, so daß ein Abbrennen von Rußpartikeln in einem Partikelfilter erfolgt. Zusätzlich ist vorgesehen, mittels einer Oxidationsreaktion von HC in einem Oxidationskatalysator oder mittels gesonderter Kraftstoffeindüsung in das Dieselabgas eine entsprechende Abgaserhitzung zu erzielen, die ein Abbrennen von Rußpartikeln in einem Partikelfilter ermöglicht.DE 199 45 260 A1 discloses a process for the simultaneous reduction of nitrogen oxides and soot particles of a diesel engine. Here, a controlled reduction in a NOx storage catalytic converter at lambda <1 is used to achieve exhaust gas heating above the diesel exhaust gas temperature, so that soot particles are burned off in a particle filter. In addition, it is provided to achieve an appropriate exhaust gas heating by means of an oxidation reaction of HC in an oxidation catalyst or by means of separate fuel injection into the diesel exhaust gas, which enables soot particles to be burned off in a particle filter.
Aus der DE 199 45 372 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Regeneration eines Partikelfilters bekannt. Über ein Kennfeld oder Modell wird ein Beladungszustand des Partikelfilters überwacht und bei Bedarf eine Regeneration eingeleitet. Dies erfolgt beispielsweise mittels motorischer Maßnahmen, die insbesondere eine Steuerung der Drosselklappe oder eine Steuerung des Verbrennungsvorgangs des Luft-Kraftstoff-Gemisches umfassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Aufheizung des Dieselpartikelfilters durch innermotorische Maßnahmen eine Regeneration des Dieselpartikelfilters wirksam und betriebssicher einleitet.DE 199 45 372 A1 discloses a method for controlling regeneration of a particle filter. A loading state of the particle filter is monitored via a map or model and regeneration is initiated if necessary. This takes place, for example, by means of engine measures, which include, in particular, controlling the throttle valve or controlling the combustion process of the air / fuel mixture. The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above, in which heating the diesel particle filter by internal engine measures initiates regeneration of the diesel particle filter effectively and reliably.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method of the above. Kind with the features characterized in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Betrieb der Brennkraftmaschine über eine vorbestimmte Zeitdauer ein Lambda-Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem Wert kleiner 1 und einem Wert größer 1 derart periodisch hin und her geändert wird, daß eine Temperatur des Partikelfilters mittels einer Abgaserhitzung auf einen Wert erhöht wird, bei dem eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt.For this purpose, it is provided according to the invention that, during operation of the internal combustion engine, a lambda value of an air-fuel ratio between a value less than 1 and a value greater than 1 is periodically changed back and forth in such a way that a temperature of the particle filter is achieved by means of a Exhaust gas heating is increased to a value at which the particle filter is regenerated.
Dies hat den Vorteil, daß eine wirksame Aufheizmaßnahme zur Steuerung der Temperatur des Dieselpartikelfilters zur Verfügung steht, welche eine Regeneration des Dieselpartikelfilters sicher einleitet. Zusätzlich wird das Umsetzen von Schadstoffen während der Regeneration unterstützt.This has the advantage that an effective heating measure for controlling the temperature of the diesel particle filter is available, which reliably initiates regeneration of the diesel particle filter. In addition, the conversion of pollutants is supported during regeneration.
Zweckmäßigerweise wird die periodische Änderung so lange durchgeführt, bis die Regeneration des Partikelfilters abgeschlossen ist.The periodic change is expediently carried out until the regeneration of the particle filter is complete.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Temperatur des Partikelfilters und/oder im Abgasstrang vor dem Partikelfilter mittels eines Sensors überwacht. Alternativ oder zusätzlich wird die Temperatur des Partikelfilters durch ein geeignetes Modell berechnet.In a preferred development of the invention, the temperature of the particle filter and / or in the exhaust line upstream of the particle filter is monitored by means of a sensor. Alternatively or additionally, the temperature of the particle filter is calculated using a suitable model.
Zweckmäßigerweise wird die periodische Änderung des Lambda-Wertes in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder der Temperatur des Partikelfilters gesteuert und/oder beendet.The periodic change in the lambda value is expediently controlled and / or ended as a function of the exhaust gas temperature and / or the temperature of the particle filter.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung. Erfindungsgemäß ist es zur Regeneration eines Partikelfilters, beispielsweise eines Dieselpartikelfilters eines Dieselmotors, vorgesehen, den Lambda-Wert um den Wert 1 herum periodisch hin und her zu verschieben, d.h. zu wobbeln. Hierdurch wird eine Erhöhung der Temperatur des Abgases erzielt, welches dann den Partikelfilter aufheizt, bis dieser eine Temperatur erreicht, bei der ein Abbrand von eingelagerten Partikeln einsetzt. Durch weiteres Lambda-Wobbeln wird dann die erhöhte Temperatur im Abgas und damit im Partikelfilter aufrecht erhalten, bis eine ausreichende Regeneration des Partikelfilters erzielt ist.Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims and from the following description of the invention. According to the invention, for regeneration of a particle filter, for example a diesel particle filter of a diesel engine, the lambda value is periodically shifted back and forth by the value 1, that is, it is wobbled. This results in an increase in the temperature of the exhaust gas, which then heats up the particle filter until it reaches a temperature at which combustion of embedded particles begins. The increased temperature in the exhaust gas and thus in the particle filter is then maintained by further lambda wobbling until sufficient regeneration of the particle filter is achieved.
Während des Lambda-Wobbelns wird die Temperatur im Partikelfilter und/oder im Abgasstrang vor dem Partikelfilter überwacht. Hierzu sind beispielsweise entsprechende Sensoren vorgesehen, die die aktuelle Temperatur messen. Alternativ oder zusätzlich wird die Temperatur mittels eines geeigneten Modells berechnet. Die derart gemessene oder berechnete Abgas- oder Partikelfiltertemperatur wird dann zur Steuerung bzw. Beendigung des Lambda-Wobbelns nach erreichen einer vorbestimmten Grenztemperatur benutzt.During the lambda wobble, the temperature in the particulate filter and / or in the exhaust tract upstream of the particulate filter is monitored. For this purpose, corresponding sensors are provided, for example, which measure the current temperature. Alternatively or additionally, the temperature is calculated using a suitable model. The exhaust gas or particle filter temperature measured or calculated in this way is then used to control or terminate the lambda wobble after reaching a predetermined limit temperature.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zusätzlich die Möglichkeit, ebenfalls die bei einer Regeneration freigesetzten, odorisch aktiven Produkte, wie nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe, umzusetzen und damit chemisch sowie geruchsmäßig zu neutralisieren. Vorteilhaft ist dies insbesondere deswegen, weil geplant ist, die bei einer diskontinuierlich arbeitenden Abgasnachbehandlungsmaßnahme, wie einem NOx- Speicherkatalysator, einem CRT-Katalysator oder einem Dieselpartikelfilter während einer Regeneration aus dem speichernden Katalysator oder Dieselpartikelfilter freigesetzten Schadstoffe anteilig für die Grenzwerteinhaltung mit zu berechnen. The method according to the invention additionally offers the possibility of also converting the odorically active products released during regeneration, such as unreacted hydrocarbons, and thus neutralizing them chemically and in terms of odor. This is particularly advantageous because it is planned to calculate the pollutants released from the storage catalytic converter or diesel particle filter during a regeneration, such as a NOx storage catalytic converter, a CRT catalytic converter or a diesel particle filter, for the limit value compliance.

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E PAT EN TA NSPRÜ CHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter bedarfsweise regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der Brennkraftmaschine über eine vorbestimmte Zeitdauer ein Lambda-Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem Wert kleiner 1 und einem Wert größer 1 derart periodisch hin und her geändert wird, daß eine Temperatur des Partikelfilters mittels einer Abgaserhitzung auf einen Wert erhöht wird, bei dem eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt.1. A method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, in particular a motor vehicle, wherein a particulate filter arranged in the exhaust line of the internal combustion engine is regenerated as needed, characterized in that a lambda value of an air-fuel ratio over a predetermined period of time during operation of the internal combustion engine is periodically changed back and forth between a value less than 1 and a value greater than 1 in such a way that a temperature of the particle filter is increased by means of exhaust gas heating to a value at which the particle filter is regenerated.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Änderung so lange durchgeführt wird, bis die Regeneration des Partikelfilters abgeschlossen ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the periodic change is carried out until the regeneration of the particle filter is complete.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Partikelfilters und/oder im Abgasstrang vor dem Partikelfilter mittels eines Sensors überwacht wird.3. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the particle filter and / or in the exhaust line upstream of the particle filter is monitored by means of a sensor.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Partikelfilters durch ein geeignetes Modell berechnet wird.4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the particle filter is calculated by a suitable model.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder der Temperatur des Partikelfilters die periodische Änderung des Lambda-Wertes gesteuert und/oder beendet wird.5. The method according to at least one of claims 3 or 4, characterized in that the periodic change in the lambda value is controlled and / or terminated depending on the exhaust gas temperature and / or the temperature of the particle filter.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter ist. 6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the particle filter is a diesel particle filter.
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