CN107762591B - 用于使颗粒过滤器再生的装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使带有涡轮增压器的内燃机的废气通道中的颗粒过滤器再生的装置，其中，涡轮增压器的涡轮布置在内燃机的废气通道中并且驱动用于内燃机的新鲜空气供给的压缩机，其中，设置电气附加压缩机，其附加于涡轮增压器的压缩机压缩内燃机的新鲜空气。设置成，附加压缩机通过二级空气管路与内燃机的废气通道相连接，其中，二级空气管路在颗粒过滤器的上游通入废气通道中，以便于实现颗粒过滤器的空气供给以用于氧化储存在其中的煤烟并且由此实现颗粒过滤器的再生。此外，本发明涉及一种用于使内燃机的在废气通道中的颗粒过滤器再生的方法。

Description

用于使颗粒过滤器再生的装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于使在内燃机的废气通道中的颗粒过滤器再生的装置以及方法。
背景技术
当前和未来越来越严厉的废气法规对马达的未处理排放和内燃机的废气后处理提出高的要求。此外，车辆和发动机制造商力求减小内燃机的消耗和与此相关的CO2排放。随着下一个废气法规级EU6的引入，第一次还规定了用于汽油发动机的颗粒极限值。这可导致的是，在带有汽油发动机的机动车中，也需要使用颗粒过滤器。在内燃机的使用寿命上，该颗粒过滤器被灰尘和煤烟颗粒加载。灰尘颗粒表示煤烟颗粒过滤器的无机的且不可再生的负荷。在相应地高温度和氧气过量的情况中，在汽油发动机运行期间产生的储藏在颗粒过滤器中的煤烟颗粒可在废气通道中氧化并且由此使颗粒过滤器再生。
由现有技术已知用于使在汽油发动机的废气通道中的颗粒过滤器再生的方法，在其中，汽油发动机以稀燃运行来运行并且由此在废气通道中出现氧气过量。此外，已知这样的颗粒过滤器的再生方法，即，在其中，借助于二级空气泵将二级空气带入内燃机的废气通道中，以便于提供充分的氧气量来使颗粒过滤器再生。
然而已知的解决方案中不利的是，其与高的调节技术耗费相关，以便于同时实现在废气通道中用于再生所需的温度和氧气过量。此外，附加的二级空气泵提高了用于废气后处理装置的成本。
在行驶功率方面对现代的汽油发动机的功率要求持续增加。为了在内燃机的低转速和低的废气体积时也提供高的扭矩，推荐使用电驱动的压缩机(电子升压器(eBooster))。该电驱动的压缩机在增压压力建立方面辅助废气涡轮增压器。由于电子升压器不具有附加的废气涡轮的事实，通过电子升压器不引起附加的废气背压。
由文件DE 100 23 022 A1已知一种带有废气涡轮增压器的内燃机，其中，附加压缩机与废气涡轮增压器并联或串联，其中，附加压缩机可独立地被内燃机的驱动循环驱动，其中，附加于废气涡轮增压器，压缩机使空气压缩，以便于克服所谓的涡轮孔(Turboloch)。附加地，设置二级空气管路，借助于附加压缩机可利用该二级空气管路将空气输送到内燃机的废气通道中，以便于在内燃机的冷起动阶段中将在废气通道中的催化器更快速地带到运行温度上。
由文件DE 102 31 107 A1已知一种带有废气涡轮增压器的内燃机，其中，除了通过废气涡轮之外，废气涡轮增压器的压缩机可通过电动机驱动。在此，通过电动机，可与内燃机的转速或功率无关地且与废气流无关地调整压缩机的转速。压缩机通过二级空气管路与内燃机的废气通道相连接，以便于能够辅助催化器的加热。
此外，由文件DE 198 40 629 A1已知一种用于带有废气涡轮增压器和二级空气鼓风机的机动车的内燃机。在此，设置二级空气泵，以便于将新鲜空气在催化器上游吹入内燃机的废气通道中并且由此辅助催化器的加热。此外，二级空气泵可用于，辅助涡轮增压器的压缩机并且利用经压缩的空气来供给内燃机。
发明内容
现在，本发明所基于的目的是，提供一种装置以及方法，利用其可在带有涡轮增压的内燃机的大多运行状态中实现简单且可靠的颗粒过滤器的再生。
该目的通过用于带有废气涡轮增压器的内燃机的废气后处理的装置实现，该装置具有布置在内燃机的废气通道中的涡轮，涡轮在其侧驱动布置在内燃机的新鲜空气管路中的压缩机，并且，该装置带有电驱动的附加压缩机，其基本上与内燃机的负载和转速无关地压缩在至内燃机的新鲜空气管路中的新鲜空气，并且装置带有二级空气管路，其使附加压缩机与内燃机的废气通道相连接，其中，二级空气管路在颗粒过滤器的上游通入内燃机的废气通道中。由此，可在不必离开内燃机的化学计量学的运行的情况下进行颗粒过滤器的再生，也就是说保留在颗粒过滤器中的煤烟颗粒的氧化。此外，由此可基本上与内燃机的转速和负载无关地，将用于使颗粒过滤器再生所需的氧气量带入废气通道中。
通过在本发明中给出的特征，实现用于内燃机的废气后处理的装置的有利的改进方案和改善方案。
在本发明的优选的设计方案中设置成，在废气通道中在内燃机的废气通过废气通道的流动方向上在颗粒过滤器的上游布置催化器，其中，二级空气管路在催化器下游并且在颗粒过滤器上游通入废气通道中。由此，通过二级空气管路被输送给废气通道的氧气可直接用于颗粒过滤器的再生，并且省去了死区时间，否则在该时间中，在带入氧气的情况中在催化器上游首先激发催化器的氧储存能力。
在本发明的另一优选的设计方案中设置成，在二级空气管路中在附加压缩机下游并且在二级空气管路到废气通道中的通入部上游布置用于关闭二级空气管路或用于节流通过二级空气管路的流量的截闭元件。由此，可避免尤其地在切断附加压缩机的情况中与设置用于二级空气的流动方向相反的非期望的废气回流。
在此尤其优选的是，截闭元件实施成节流阀。节流阀是简单的且成本适宜的构件，以便于调节通过二级空气管路从附加压缩机到废气通道的空气流。
在本发明的一优选的实施形式中，新鲜空气管路在压缩机下游分割成第一通道和第二通道，其中，在第一通道中布置用于控制内燃机的空气供给的节流阀并且在第二通道中布置附加压缩机。在附加压缩机的区域中，新鲜空气通过第一和第二通道平行的引导所实现的是，新鲜空气可经过附加压缩机流入内燃机的燃烧室中，并且由此不会由于附加压缩机产生在新鲜空气引导中附加的流动阻力。
根据本发明的优选的改进方案，设置成，第一通道和第二通道在节流阀下游并且在附加压缩机下游通过第三通道相互连接，其中，在第三通道中布置另一截闭元件、尤其地另一节流阀，以用于关闭第三通道或用于节流通过第三通道的流量。通过第三通道，实现了简单地将通过附加压缩机压缩的新鲜空气连结到新鲜空气管路处。由此，可向内燃机的输入部的方向输送平行地通过压缩机并且通过附加压缩机压缩的新鲜空气。
根据本发明，提出一种用于使在内燃机的废气通道中的颗粒过滤器再生的方法，其中，通过压缩机提供用于内燃机的空气供给的新鲜空气，压缩机通过内燃机的废气涡轮增压器的涡轮驱动，其中，设置附加压缩机，其被电驱动并且基本上与内燃机的转速或负载无关地实现新鲜空气的压缩，并且其中，由附加压缩机压缩的新鲜空气通过使附加压缩机与废气通道相连接的二级空气管路在颗粒过滤器上游被吹入废气通道中。通过根据本发明的方法，实现了颗粒过滤器的再生，在其中，连续地利用化学计量学的空燃比使内燃机运行。由此，在再生期间也不可导致HC、CO和NOx排放，因为其通过催化器被转化。
在该方法的另一改善方案中设置成，仅仅当为了颗粒过滤器的再生在废气通道中实现充分的温度时，才打开在二级空气管路中的截闭装置。由此避免，附加压缩机将二级空气在其中这不必要或甚至有害的运行状态中吹入废气通道中。
根据该方法的有利的改进方案设置成，在颗粒过滤器再生的情况中如此通过附加压缩机或在二级空气管路中的截闭阀调节空气量，即，在废气通道中在颗粒过滤器上游出现1.05至1.3的废气空气比λA。通过过化学计量学的废气，提供足够多的氧气，以用于氧化保留在颗粒过滤器中的煤烟颗粒。在此，在1.05-1.3的范围中的废气空气比λA是尤其适宜的，因为在此导致在颗粒过滤器上不受控的煤烟燃烧以及与此相关的颗粒过滤器的热损坏的风险很低。
根据该方法的另一有利的改善方案设置成，在同时需要通过附加压缩机压缩的用于内燃机的附加的新鲜空气供给的新鲜空气以及需要用于使颗粒过滤器再生的二级空气的情况中，用于内燃机的新鲜空气供给具有在提供用于再生颗粒过滤器的二级空气之前的优先级。通过用于内燃机的新鲜空气供给在二级空气供给之前的优先级，可获得内燃机的更高的扭矩以及与此相关地获得更好的响应性能和/或更大的功率。然而，由于这种运行状态、特别是最大加速度仅持续很短的时间，紧接着可继续颗粒过滤器的再生。此外，内燃机的这种运行提高了废气温度，从而保持获得用于再生颗粒过滤器的充分的废气温度。
只要没有在具体情况中单独阐述，本发明的在本申请文献中所述的不同的实施形式可有利地相互组合。
附图说明
下面根据从属的附图在实施例中阐述本发明。其中：
图1示出了用于使在内燃机的废气通道中的颗粒过滤器再生的根据本发明的装置的一实施例；以及
图2示出了用于进行用于使在内燃机的废气通道中的颗粒过滤器再生的根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了内燃机10，其在输入侧与新鲜空气管路22相连接并且在输出侧与废气通道12相连接。在废气通道12中，在内燃机10的废气的流动方向上在内燃机10的输出部56的下游布置废气涡轮增压器20的涡轮14。在涡轮14处设置带有废气门46的旁路，以便于以已知的方式实现在废气通道12中的压力下降。在流动方向上在废气通道12中在更下游布置催化器16、优选地三元催化器。在废气通道12中，在更下游布置颗粒过滤器18，其从内燃机12的废气中滤除煤烟颗粒并且可将煤烟颗粒沉积在颗粒过滤器的表面处。在废气通道12中，在涡轮14下游和催化器16上游设置第一拉姆达传感器48，以便于将内燃机10调节到化学计量学的空燃比λE=1，并且实现通过催化器16的有效且高效的废气后处理。
在新鲜空气管路22中布置压缩机24，其通过废气涡轮增压器20的涡轮14驱动，并且由此以预压缩的空气供给内燃机10。在新鲜空气的流动方向上在压缩机24下游，新鲜空气管路22分割成第一通道40和第二通道42，其中，在第一通道40中布置用于控制输送给内燃机10的新鲜空气的第一节流阀38。在第二通道42中布置附加压缩机26，其被电驱动并且由此基本上与内燃机10的转速和负载无关地实现新鲜空气的压缩。附加压缩机26通过二级空气管路28与废气通道12相连接，其中，二级空气管路28在通入部30处在催化器16下游和颗粒过滤器18上游通入废气通道12中。在二级空气管路22中布置截闭元件32、优选地节流阀34，利用节流阀34可打开或关闭至废气通道12的空气输送。第一通道40和第二通道42在第一节流阀38下游并且在附加压缩机26下游通过第三通道44相互连接，其中，在第三通道44中设置另一截闭元件36、特别是另一节流阀。
在废气通道12中，在通入部30下游和颗粒过滤器18上游布置另一氧传感器，特别是另一拉姆达传感器50，以便于测定在进入颗粒过滤器18中之前的废气空气比例λA。拉姆达传感器48,50和附加压缩机26通过信号管路54与内燃机10的控制器52相连接并且可通过控制器52电操控。
在正常运行<100>中，内燃机10通过新鲜空气管路22吸入新鲜空气，新鲜空气通过废气涡轮增压器20的压缩机22被压缩并且被输送给内燃机10。在此，通过第一节流阀38调节被输送给内燃机10的空气量。只要不存在更高的负载要求，则关闭截闭元件32,36。
现在，如果从当前运行状态开始，在方法步骤<110>中提出超过废气涡轮增压器20的压缩机22的当前功率水平的增压压力要求，则在方法步骤<120>中激活附加压缩机26并且打开优选地构造成第二节流阀的截闭元件36。由此，可通过附加压缩机26提供附加的压缩空气。在此，通过输送给附加压缩机26的功率可调节附加的压缩空气的量。在此，此外关闭在二级空气管路28中的截闭元件32、尤其地第三节流阀34，从而废气不可通过二级空气管路28从废气通道12中向内燃机10的输入部58的方向流出。
如果在方法步骤<130>中测定，颗粒过滤器18达到了在其中需要再生的负荷状态(这可通过在颗粒过滤器18上的压力差测量或者通过储存在控制器52中的负荷模型实现)，则在方法步骤<140>中测定在颗粒过滤器18的区域中的废气温度。如果该温度在颗粒过滤器18的再生温度之上，可引入颗粒过滤器的再生。否则，在方法步骤<150>中引入用于加热废气的措施，例如向“稍后”方向调整内燃机的点火角度，直至达到最低550℃、优选地最低600℃的再生温度。在此，可通过在废气通道12处的温度传感器或通过计算模型测定废气温度。
如果出现颗粒过滤器18的在其中需要再生的负荷并且在颗粒过滤器18的区域中的废气温度达到再生温度之上时，则在方法步骤<160>中优选地完全打开截闭元件32、尤其地第三节流阀34，并且关闭截闭元件36、即第二节流阀。借助于第二拉姆达传感器50，可测定废气中的氧含量，并且在内燃机10的化学计量学的运行中通过附加压缩机26的功率调节氧气含量。备选地，通过二级空气管路输送的空气量也可通过截闭元件32的位置来控制或调节。随着颗粒过滤器18的负荷增加，必须根据废气温度限制最大地通过二级空气管路28输送给颗粒过滤器18的氧气量，以避免由于不受控的煤烟燃烧引起的颗粒过滤器18的热损坏。如果完全使颗粒过滤器18再生，则在方法步骤<170>中再次使内燃机10以正常运行来运行，并且再次关闭截闭元件32和36。
该特性可储存在控制器52中的特性曲线族中并且通过电气附加压缩机26的功率调节用于使颗粒过滤器18再生的期望的氧气量。现在，如果附加地在颗粒过滤器18的再生期间存在对附加压缩机26的增压压力要求，则可打开第二节流阀或截闭元件36，以便于在增压压力建立期间辅助废气涡轮增压器20的压缩机24。为了调节在颗粒过滤器18上游在废气通道12中的期望的氧气浓度，可借助于第三节流阀34匹配经过二级空气管路28的空气质量流。如果不可提供期望的增压压力，则关闭第三节流阀34并且中断或停止颗粒过滤器18的再生。在图2中以流程图示出了用于使颗粒过滤器再生的方法。
在安装合适的冷却器的情况中，二级空气管路28在调节地打开第二节流阀36和第三节流阀34的情况中也用作废气再循环管路。
附图标记清单
10内燃机
12废气通道
14涡轮
16催化器
18颗粒过滤器
20涡轮增压器
22新鲜空气管路
24压缩机
26附加压缩机
28二级空气管路
30通入部
32截闭元件
34(第三)节流阀
36(第二)节流阀
38(第一)节流阀
40第一通道
42第二通道
44第三通道
46废气门
48第一拉姆达传感器
50第二拉姆达传感器
52控制器
54信号线路
56输出部
58输入部。

Claims (11)

1.一种用于带有废气涡轮增压器(20)的内燃机(10)的废气后处理的装置，所述装置带有所述废气涡轮增压器(20)的涡轮(14)，该涡轮布置在所述内燃机(10)的废气通道(12)中并且驱动布置在所述内燃机(10)的新鲜空气管路(22)中的压缩机(24)；带有能电驱动的附加压缩机(26)，其能与所述废气涡轮增压器(20)无关地压缩在所述新鲜空气管路(22)中至所述内燃机(10)的新鲜空气；以及带有二级空气管路(28)，其使所述附加压缩机(26)与所述内燃机(10)的废气通道(12)相连接，其特征在于，所述二级空气管路(28)在颗粒过滤器(18)的上游通入所述内燃机(10)的废气通道(12)中，其中通过所述附加压缩机(26)可将附加的压缩空气提供给所述内燃机。
2.根据权利要求1所述的用于废气后处理的装置，其特征在于，在所述废气通道(12)中在所述内燃机(10)的废气通过所述废气通道(12)的流动方向上在所述颗粒过滤器(18)的上游布置有催化器(16)，其中，所述二级空气管路(28)在所述催化器(16)下游并且在所述颗粒过滤器(18)上游通入所述废气通道(12)中。
3.根据权利要求1或2所述的用于废气后处理的装置，其特征在于，在所述二级空气管路(28)中在所述附加压缩机(26)下游并且在所述二级空气管路(28)到所述废气通道(12)中的通入部(30)上游布置用于关闭所述二级空气管路(28)或用于节流通过所述二级空气管路(28)的流量的截闭元件(32)。
4.根据权利要求3所述的用于废气后处理的装置，其特征在于，所述截闭元件(32)是节流阀(34)。
5.根据权利要求1或2所述的用于废气后处理的装置，其特征在于，所述新鲜空气管路(22)在所述压缩机(24)下游分割成第一通道(40)和第二通道(42)，其中，在所述第一通道(40)中布置用于控制所述内燃机(10)的空气供给的节流阀(38)并且在所述第二通道(42)中布置所述附加压缩机(26)。
6.根据权利要求5所述的用于废气后处理的装置，其特征在于，所述第一通道(40)和所述第二通道(42)在所述节流阀(38)下游并且在所述附加压缩机(26)下游通过第三通道(44)相互连接，其中，在所述第三通道(44)中布置另一截闭元件(36)以用于关闭所述第三通道(44)或用于节流通过所述第三通道(44)的流量。
7.一种用于使在内燃机(10)的废气通道(12)中的颗粒过滤器(18)再生的方法，其中，通过压缩机(24)提供用于所述内燃机(10)的空气供给的新鲜空气，所述压缩机通过所述内燃机(10)的废气涡轮增压器(20)的涡轮(14)来驱动，并且其中，设置附加压缩机(26)，其被电驱动并且基本上与所述内燃机(10)的转速或负载无关地实现新鲜空气的压缩，其特征在于，由所述附加压缩机(26)压缩的新鲜空气通过使所述附加压缩机(26)与所述废气通道(12)相连接的二级空气管路(28)在所述颗粒过滤器(18)上游被吹入所述废气通道(12)中，其中通过所述附加压缩机(26)可将附加的压缩空气提供给所述内燃机。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当为了使所述颗粒过滤器(18)再生在所述废气通道(12)中实现充分的温度时，打开在所述二级空气管路(28)中的截闭元件(32)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述颗粒过滤器(18)再生的情况中如此通过所述附加压缩机(26)调节空气量，即，在所述废气通道(12)中在所述颗粒过滤器(18)上游将废气空气比λA调整成1.05至1.3。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述颗粒过滤器(18)再生的情况中如此通过所述截闭元件(32)调节空气量，即，在所述废气通道(12)中在所述颗粒过滤器(18)上游将废气空气比λA调整成1.05至1.3。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在同时需要通过所述附加压缩机(26)压缩的用于所述内燃机(10)的附加的新鲜空气供给的新鲜空气以及用于使所述颗粒过滤器(18)再生的二级空气时，用于内燃机(10)的所述新鲜空气供给具有在提供用于使所述颗粒过滤器(18)再生的二级空气之前的优先级。
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