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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang, in welchem zumindest eine vorzugsweise durch einen Partikelfilter gebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wobei durch Temperaturerhöhung des Abgases eine Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung einleitbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Aus der DE 102 61 877 AI ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Partikelfilter bekannt, wobei ein im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter bedarfsweise regeneriert wird.
Hierbei wird im Betrieb der Brennkraftmaschine über eine vorbestimmte Zeitdauer ein [lambda]-Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen einem Wert <1 und einem Wert >1 derart periodisch hin- und hergeändert, dass eine Temperatur des Partikelfilters mittels einer Abgaserhitzung auf einen Wert erhöht wird, bei dem eine Regeneration des Partikelfilters erfolgt.
Weiters offenbart die JP 2003-161145 A eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem NOx-Katalysator im Abgasstrang und einem stromabwärts von diesem angeordneten Drosselventil.
Weiters ist es bekannt, zur Anhebung der Temperatur im Partikelfilter den Luftmassenstrom vor dem Einlasssammler zu drosseln. Dadurch wird der Luftdurchsatz und der Luftüberschuss verringert. Mit niedrigerem Luftüberschuss wird die gleiche Brennstoffmenge mit weniger Luft verbrannt, was die Temperatur der Verbrennungsprodukte anhebt.
Nachteilig ist, dass durch Drosseln vor dem Einlasssammler eine starke Mengenverminderung einhergeht, was die Regenerationsdauer des Partikelfilters verlängert.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Regeneration einer Nachbehandlungseinrichtung mit kurzer Regenerationsdauer vorzuschlagen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im Abgasstrang zumindest eine variable Drosseleinrichtung angeordnet ist. Die variable Drosseleinrichtung ist vorteilhafter Weise als Klappe ausgebildet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die variable Drosseleinrichtung stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Die Drosseleinrichtung kann dabei stromabwärts der Turbine eines Abgasturboladers angeordnet sein.
Zur Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung schaltet die Brennkraftmaschine auf Regernationsbetrieb um. Dazu muss die Temperatur nach der Abgasturbine erhöht werden, z.B. auf etwa 620[deg.]C, wobei ein gewisser Sauerstoffgehalt im Abgas, von beispielsweise 6%, nicht unterschritten werden sollte. Durch die Drosseleinrichtung im Auslassstrang wird der Abgasgegendruck erhöht. Dies führt zu einer Steigerung der Ladungswechselarbeit, wobei es nur zu einer geringen Änderung des Luftmassenstromes kommt. Damit das Drehmoment gehalten werden kann, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge angehoben, was zur Verringerung des Verhältnisses Luft zu Brennstoff führt und damit zu einer weiteren Temperaturerhöhung.
Durch den im Vergleich zu einer Drosseleinrichtung im Einlassstrang grösseren Gesamtmassenstrom kann die Regenerationsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung wesentlich verkürzt werden. Darüber hinaus ist der Einfluss auf den Druckverlauf im Zylinder geringer als bei einer Drosselklappe im Einlasssystem, was beim Umschalten eine geringere Geräuschänderung zur Folge hat.
Die stromabwärts der Turbine angeordnete Drosseleinrichtung hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine im Transientbetrieb verbessert wird.
Für einen Beschleunigungsvorgang wird dabei die Drosseleinrichtung geöffnet, was das Druckverhältnis direkt an der Turbine erhöht und damit die von der Turbine an den Verdichter übertragene Leistung.
Durch das Erhöhen der Abgastemperatur ist in diesem System auch eine Beschleunigung des Warmlaufes der Brennkraftmaschine möglich, was vor allem die Wirkungsweise von Einrichungen zur Abgasnachbehandlung, wie z.B. Katalysatoren, verbessert. Damit ist eine Verringerung der Emissionen im Fahrzyklus möglich.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die variable Drosseleinrichtung stromabwärts einer Abzweigung einer Abgasrückführleitung vom Abgasstrang angeordnet ist. Dadurch kann im Normalbetrieb durch die Drosseleinrichtung auch die Abgasrückführrate gesteuert und sogar stärker erhöht werden, als mit einer Drosseleinrichtung im Einlasssystem.
Damit kann die Drosselklappe im Einlasssystem vollkommen durch eine Drosselklappe im Auslasssystem ersetzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 2, 3, 4, mit einem Einlassstrang 5 und einem Auslassstrang 6. Im Einlassstrang ist ein Ladeluftfilter 7 und ein Ladeluftkühler 8 angeordnet. Auslasssystem 6 und Einlasssystem 5 sind über eine Abgasrückführleitung 9 miteinander verbunden, welche <u<>3<>*<>stromaufwärts der Turbine 10 eines Abgasturboladers 11 vom Auslassstrang 6 abzweigt. Mit Bezugszeichen 12 ist der Verdichter des Abgasturboladers 11 bezeichnet.
Stromabwärts der Turbine 10 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 13, beispielsweise ein Partikelfilter, angeordnet.
Zwischen der Turbine 10 und der Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 ist im Abgasstrang 6 eine durch eine Klappe gebildete Drosseleinrichtung 14 vorgesehen. Zur Durchführung der Regeneration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 wird die Brennkraftmaschine 1 auf Regenerationsbetrieb umgeschaltet. Dazu muss die Temperatur nach der Turbine 10 zum Beispiel auf 620[deg.]C erhöht werden, wobei ein gewisser Sauerstoffgehalt im Abgas von etwa 6% nicht unterschritten werden darf und wobei weiters das Motordrehmoment unverändert bleiben soll. Um dies zu erreichen, wird die Drosseleinrichtung 14 im Abgasstrang 6 zumindest teilweise geschlossen. Dies bewirkt, dass der Abgasgegendruck steigt und damit die Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine 1 erhöht wird.
Im Vergleich zu einer durch Bezugszeichen 15 angedeuteten Drosseleinrichtung im Einlassstrang 5 kommt es nur zu einer geringen Änderung des Luftmassenstroms. Um das Drehmoment konstant zu halten, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht, was zur Verringerung des Verhältnisses Luft zu Brennstoff führt und damit zu einer Temperaturerhöhung. Durch den im Vergleich zu einer Drosseleinrichtung im Einlassstrang grösseren Gesamtmassenstrom kann die Regenerationsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 wesentlich verkürzt werden.
Darüber hinaus ist der Einfluss auf den Druckverlauf in den Zylindern 2, 3, 4 geringer als mit einer Drosseleinrichtung 15 im Einlasssystem 5, was beim Umschalten zwischen normalem Motorbetrieb und Regenerationsbetrieb eine geringere Geräuschänderung zur Folge hat.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt betrifft das Transientverhalten der Brennkraftmaschine 1. Für einen Beschleunigungsvorgang wird die Drosseleinrichtung 14 geöffnet, was das Druckverhältnis direkt an der Turbine 10 erhöht und damit die von der Turbine 10 an den Verdichter 12 übertragene Leistung. Mit der Drosseleinrichtung 14 im Auslasssystem 6 kann auch die Abgasrückführrate im Normalbetrieb - verglichen mit einer Drosseleinrichtung 15 im Einlasssystem 5 - erhöht werden.
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The invention relates to an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, having an exhaust gas line, in which at least one exhaust gas aftertreatment device, preferably formed by a particle filter, is arranged, wherein regeneration of the exhaust gas aftertreatment device can be initiated by increasing the temperature of the exhaust gas. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine.
From DE 102 61 877 AI a method for operating an internal combustion engine with a particulate filter is known, wherein a arranged in the exhaust system of the internal combustion engine particulate filter is regenerated as needed.
Here, in the operation of the internal combustion engine, a lambda value of an air-fuel ratio between a value <1 and a value> 1 is periodically changed back and forth over a predetermined period of time such that a temperature of the particulate filter is raised to a value by means of exhaust gas heating is increased, in which a regeneration of the particulate filter takes place.
Furthermore, JP 2003-161145 A discloses an exhaust aftertreatment device with a NOx catalyst in the exhaust line and a throttle valve arranged downstream thereof.
It is also known to increase the air mass flow in front of the inlet collector to increase the temperature in the particulate filter. This reduces the air flow and excess air. With lower excess air, the same amount of fuel is burned with less air, which raises the temperature of the products of combustion.
The disadvantage is that throttling in front of the intake manifold is accompanied by a large reduction in volume, which prolongs the regeneration period of the particulate filter.
The object of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a device and a method for the regeneration of a post-treatment device with a short regeneration period.
According to the invention, this is achieved by arranging at least one variable throttle device in the exhaust gas line. The variable throttle device is advantageously designed as a flap.
It is preferably provided that the variable throttle device is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment device. The throttle device can be arranged downstream of the turbine of an exhaust gas turbocharger.
For regeneration of the exhaust aftertreatment device, the internal combustion engine switches to regeneration operation. For this purpose, the temperature after the exhaust gas turbine must be increased, e.g. to about 620 ° C., whereby a certain oxygen content in the exhaust gas, for example 6%, should not be exceeded. By the throttle device in the outlet of the exhaust gas back pressure is increased. This leads to an increase in the charge exchange work, with only a small change in the air mass flow. So that the torque can be maintained, the injected fuel amount is increased, which leads to the reduction of the ratio of air to fuel and thus to a further increase in temperature.
As a result of the overall mass flow, which is greater in comparison to a throttle device in the intake line, the regeneration period of the exhaust gas aftertreatment device can be substantially shortened. In addition, the influence on the pressure curve in the cylinder is lower than with a throttle valve in the intake system, which results in a lower noise change when switching.
The throttle device arranged downstream of the turbine also has the advantage that the response of the internal combustion engine in transient mode is improved.
For an acceleration process while the throttle device is opened, which increases the pressure ratio directly to the turbine and thus the transmitted power from the turbine to the compressor.
By increasing the exhaust gas temperature in this system, an acceleration of the warm-up of the internal combustion engine is possible, especially the mode of operation of devices for exhaust aftertreatment, such as. Catalysts improved. This makes it possible to reduce emissions in the driving cycle.
In a further embodiment of the invention can be provided that the variable throttle device is arranged downstream of a branch of an exhaust gas recirculation line from the exhaust system. As a result, the exhaust gas recirculation rate can also be controlled and even more increased during normal operation by the throttle device than with a throttle device in the intake system.
Thus, the throttle in the intake system can be completely replaced by a throttle in the exhaust system.
The invention will be explained in more detail below with reference to FIG.
The FIGURE shows an internal combustion engine 1 with a plurality of cylinders 2, 3, 4, with an inlet branch 5 and an outlet branch 6. A charge air filter 7 and a charge air cooler 8 are arranged in the inlet branch. Exhaust system 6 and intake system 5 are connected to each other via an exhaust gas recirculation line 9, which branches <u <3 <> * <> upstream of the turbine 10 of an exhaust gas turbocharger 11 from the outlet branch 6. With reference numeral 12, the compressor of the exhaust gas turbocharger 11 is designated.
Downstream of the turbine 10, an exhaust gas aftertreatment device 13, for example a particle filter, is arranged.
Between the turbine 10 and the exhaust aftertreatment device 13, a throttle device 14 formed by a flap is provided in the exhaust line 6. To carry out the regeneration of the exhaust gas aftertreatment device 13, the internal combustion engine 1 is switched to regeneration mode. For this purpose, the temperature after the turbine 10, for example, must be increased to 620 ° C., whereby a certain oxygen content in the exhaust gas of approximately 6% may not be exceeded and, furthermore, the engine torque should remain unchanged. To achieve this, the throttle device 14 is at least partially closed in the exhaust line 6. This causes the exhaust back pressure to increase, and thus the charge cycle work of the engine 1 is increased.
In comparison to a throttling device indicated by reference numeral 15 in the intake manifold 5, only a small change in the air mass flow occurs. In order to keep the torque constant, the injected fuel amount is increased, which leads to the reduction of the ratio of air to fuel and thus to an increase in temperature. As a result of the overall mass flow, which is greater in comparison to a throttle device in the intake line, the regeneration duration of the exhaust gas aftertreatment device 13 can be considerably shortened.
In addition, the influence on the pressure curve in the cylinders 2, 3, 4 is less than with a throttle device 15 in the intake system 5, resulting in a lower noise change when switching between normal engine operation and regeneration operation.
Another advantageous effect relates to the transient behavior of the internal combustion engine 1. For an acceleration process, the throttle device 14 is opened, which increases the pressure ratio directly to the turbine 10 and thus the transmitted power from the turbine 10 to the compressor 12 power. With the throttle device 14 in the exhaust system 6 and the exhaust gas recirculation rate in normal operation - compared with a throttle device 15 in the intake system 5 - can be increased.