DE102016202349A1

DE102016202349A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102016202349A1
Application number: DE102016202349.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Zink
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN107084023B; CN107084023A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgaskanal (12), einem in dem Abgaskanal (12) angeordneten Katalysator (14), einer im Abgaskanal (12) angeordneten, mittels eines Heizelements (16) beheizbaren Lambdasonde (20) sowie mit einem Partikelfilter (18, 26), umfassend folgende Schritte: – Ermittlung eines Beladungszustandes des Partikelfilters (18, 26), – Ermittlung einer Abgastemperatur im Abgaskanal (12) des Verbrennungsmotors (10) durch Messung des Innenwiderstandes RI der ersten Lambdasonde (20), – Ermittlung eines Sauerstoffgehaltes im Abgas durch die erste Lambdasonde (20), – Einleitung einer Regeneration des Partikelfilters (18, 26), wenn ein entsprechender Beladungszustand erreicht ist, die Temperatur (TA) im Abgaskanal (12) und das Verbrennungsluftverhältnis (λE) des Verbrennungsmotors (10) in einem für eine Regeneration des Partikelfilters (18, 26) vordefinierten Bereich liegen, – Vermeidung der Einleitung einer Regeneration durch entsprechende motorische Maßnahmen, wenn die Temperatur (TA) im Abgaskanal (12) und/oder der Sauerstoffgehalt im Abgas oberhalb bestimmter, definierter Grenzen liegen, – Konditionierung des Partikelfilters (18, 26) für eine Regeneration durch Einleitung entsprechender motorischer Maßnahmen, wenn die Temperatur im Abgaskanal (12) unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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 nächsten Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben. Dies kann dazu führen, dass bei einigen Modellen der Einsatz eines Ottopartikelfilters nötig sein kann. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. 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_E = 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 in Frage. Die Regeneration eines Partikelfilters ist beispielsweise aus der DE 10 2013 220 899 A1 bekannt. Dabei ist eine Lambdaregelung für den Ottomotor vorgesehen, wobei das Verbrennungsluftverhältnis zur Regeneration des Partikelfilters ausgehend von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis in Richtung eines überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis verstellt wird, und mit dem Sauerstoffüberschuss eine Regeneration des Partikelfilters durch ein Oxidieren des Rußes erreicht wird. Jedoch kann es unter bestimmten, ungünstigen Betriebsbedingungen, nämlich wenn gleichzeitig eine hohe Temperatur im Abgaskanal und ein Sauerstoffüberschuss vorherrschen, zu einem unkontrollierten Abbrand des Rußes auf dem Partikelfilter und somit zu einer Bauteilschädigung kommen.
Zur Lambdaregelung des Verbrennungsmotors werden Lambdasonden eingesetzt, welche zur Erhöhung der Messgenauigkeit mittels eines Heizelements beheizt werden können, um die Lambdasonde auf eine vordefiniert Temperatur zu bringen. Eine solche Temperaturregelung einer Lambdasonde kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors im Abgaskanal erfolgen. Ein solcher Temperatursensor ist jedoch als zusätzliches Bauteil mit Mehrkosten verbunden. Daher wurden bereits in der Vergangenheit Lösungen vorgeschlagen, bei denen die Abgastemperatur aus einem Widerstand beziehungsweise einer Widerstandsänderung der Lambdasonde ermittelt wird.
Aus der DE 10 2008 011 833 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer lambdageregelten Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Abgasanlage wenigstens einen Katalysator und wenigstens ein Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf eine Betriebstemperatur aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Leistungsfähigkeit des Heizelementes ermittelt wird und wenigstens ein korrigierter Regelparameter von der Heizelementsteuerung zum geregelten Beheizen des Heizelementes verwendet wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine erleichterte Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen und Bauteilbeschädigungen von Komponenten zur Abgasnachbehandlung, insbesondere Beschädigungen des Partikelfilters, zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgaskanal, einem in dem Abgaskanal angeordneten Katalysator, einer im Abgaskanal angeordneten, mittels eines Heizelements beheizbaren Lambdasonde sowie mit einem Partikelfilter gelöst, welches folgende Schritte umfasst:

– Ermittlung eines Beladungszustandes des Partikelfilters,
– Ermittlung einer Abgastemperatur im Abgaskanal des Verbrennungsmotors durch eine Messung des Innenwiderstandes der Lambdasonde,
– Ermittlung eines Sauerstoffgehaltes im Abgas durch die Lambdasonde,
– Einleitung einer Regeneration des Partikelfilters, wenn ein entsprechender Beladungszustand erreicht ist, die Temperatur im Abgaskanal und das Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors in einem für eine Regeneration des Partikelfilters vordefinierten Bereich liegen,
– Vermeidung der Einleitung einer Regeneration durch entsprechende motorische Maßnahmen, wenn die Temperatur im Abgaskanal und/oder der Sauerstoffgehalt im Abgas oberhalb bestimmter, definierter Grenzen liegen,
– Konditionierung des Partikelfilters für eine Regeneration durch Einleitung entsprechender motorischer Maßnahmen, wenn die Temperatur im Abgaskanal unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt.

Dadurch kann auf vorteilhafte Weise eine kombinierte Messung des Sauerstoffgehaltes im Abgaskanal sowie der Abgastemperatur erfolgen, sodass mittels eines Bauteils beide Parameter ermittelt werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Messung verbessert werden und damit das Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters einfacher eingeleitet werden. Zudem ist durch die parallele Messung von Sauerstoffgehalt und Temperatur eine erhöhter Bauteilschutz von Komponenten in dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors gegeben, da ungünstige Betriebsbedingungen, die zu einem unkontrollierten Anstieg der Abgastemperatur führen können, erkannt werden. Dabei kann ein zusätzlicher Temperatursensor im Abgaskanal entfallen, was die Kosten senkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer Temperatur oberhalb eines Schwellenwertes im Abgaskanal ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors unterbunden wird. Dadurch wird verhindert, dass durch die Zylinder des Verbrennungsmotors Frischluft in den Abgaskanal gepumpt wird und somit hinreichend viel Sauerstoff zur Verfügung steht, um zu einem unkontrollierten Abbrand des Rußes auf dem Partikelfilter zu führen. Auf diese Weise kann ein unerwünschter Sauerstoffüberschuss im Abgaskanal vermieden werden, der einen unkontrollierten Rußabbrand begünstigt.
In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer zu hohen Temperatur im Abgaskanal der Zündwinkel des Verbrennungsmotors in Richtung „früh“ verstellt wird. Durch eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „früh“ kann die Verbrennung des Kraftstoffes früher beginnen und ist im Wesentlichen abgeschlossen, wenn die Auslassventile öffnen. Dadurch sinkt die Temperatur im Abgaskanal der Brennkraftmaschine, wodurch die Temperatur wieder in den für eine Regeneration des Partikelfilters günstigen Bereich absinken kann und eine thermische Beschädigung des Partikelfilters vermieden wird.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Anhebung der Abgastemperatur durch eine Verstellung des Zündwinkels des Verbrennungsmotors in Richtung spät erfolgt. Durch eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ startet die Verbrennung später und ist bei Öffnen der Auslassventile noch nicht abgeschlossen, sodass sich die Temperatur im Abgaskanal erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Regeneration des Partikelfilters das Heizelement der Lambdasonde deaktiviert wird. Dadurch ist eine vereinfachte Messung des Innenwiderstandes der Lambdasonde und darauf basierend eine Berechnung der Abgastemperatur während der Regeneration des Partikelfilters möglich.
Für eine effiziente Regeneration des Partikelfilters ohne die Gefahr einer thermischen Bauteilschädigung ist es vorteilhaft, wenn die Regeneration des Partikelfilters in einem Temperaturbereich zwischen 600°C und 700°C sowie bei einem Verbrennungsluftverhältnis λ_E des Verbrennungsmotors zwischen 1,1 und 1,3 erfolgt. Um eine effiziente Oxidation des im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußes und somit eine Regeneration des Partikelfilters zu ermöglichen, sollte die Temperatur am Eintritt in den Partikelfilter bei mindestens 600°C liegen, um eine signifikante Umsatzgeschwindigkeit des Rußes zu erreichen. Ferner sollte diese Oxidation bei einem leichten Sauerstoffüberschuss im Abgaskanal erfolgen, um zum einen genügend Sauerstoff für die Oxidation der Rußpartikel bereitzustellen, jedoch einen hohen Sauerstoffüberschuss und somit die Gefahr eines unkontrollierten Rußabbrandes zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welche einen Abgaskanal, einen im Abgaskanal angeordneten Katalysator, einen im Abgaskanal angeordneten Partikelfilter sowie ein Steuergerät umfasst, wobei in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Katalysators und stromauf des Partikelfilters eine erste Lambdasonde angeordnet ist, wobei mittels der ersten Lambdasonde ein Sauerstoffgehalt im Abgas messbar ist, wobei die erste Lambdasonde über ein Heizelement beheizbar ist, wobei mittels eines Innenwiderstands der ersten Lambdasonde eine Temperatur im Abgaskanal, vorzugsweise unmittelbar vor Eintritt in den Partikelfilter, bestimmt werden kann, und wobei anhand dieser Informationen eine Regeneration des Partikelfilters unterbunden werden kann, um einen unkontrollierten Rußabbrand auf dem Partikelfilter zu unterbinden.
In bevorzugter Ausführung sind in dem Abgaskanal ein erster Katalysator, vorzugsweise ein motornaher Vorkatalysator und ein zweiter Katalysator angeordnet, wobei der zweite Katalysator als sogenannter Vier-Wege-Katalysator, also als Drei-Wege-Katalysator mit zusätzlicher Partikelfilterfunktion, insbesondere als Partikelfilter mit drei-Wege-wirksamer katalytischer Beschichtung ausgebildet ist. In bevorzugter Ausführung sind stromauf des ersten Katalysators eine zweite Lambdasonde, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde und stromauf des Vier-Wege-Katalysators eine erste Lambdasonde angeordnet, wobei die erste Lambdasonde als Sprungsonde ausgebildet ist. Zumindest die erste Lambdasonde ist beheizbar. Ein Partikelfilter mit drei-Wege-wirksamer katalytische Beschichtung ist gegenüber einem unbeschichteten Partikelfilter bei einer Regeneration thermisch nochmals stärker belastet, da sich hier die exotherme Reaktion des Rußabbrands und die exothermen katalytischen Reaktion des Drei-Wege-Katalysators überlagern. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zu Abgasnachbehandlung besonders bevorzugt bei Abgassystemen mit Vier-Wege-Katalysator vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Katalysator einen Vorkatalysator und einen Hauptkatalysator umfasst, wobei die Lambdasonde stromab des Vorkatalysators beziehungsweise stromauf des Nachkatalysators angeordnet ist. Durch eine Anordnung der Lambdasonde zwischen Vorkatalysator und Nachkatalysator dient die Lambdasonde zur Justierung einer Gesamt-Lamdaregelung im Abgaskanal. Der Nachkatalysator ist ein sogenannter Vier-Wege-Katalysator und dient neben der Konvertierung gasförmiger Schadstoffen auch zur Filtrierung von festen Schadstoffen.
Vorzugsweise ist der Partikelfilter in einer Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet. In einer Unterbodenlage ist eine motorferne Anordnung des Partikelfilters möglich, sodass der Partikelfilter thermisch weniger stark belastet ist. Zudem ist durch eine Unterbodenlage eine gegenüber einem Einbau im Motorraum verbesserte radiative und konvektive Wärmeabfuhr am Partikelfilter möglich. Unter einer motorfernen Anordnung wird in diesem Zusammenhang eine Anordnung mindestens 80 cm, vorzugsweise mindestens 100 cm, stromab eines Auslasses des Verbrennungsmotors verstanden. Durch eine verbesserte Wärmeabfuhr am Partikelfilter kann die Gefahr einer thermischen Schädigung, insbesondere bei einer Regeneration des Partikelfilters, reduziert werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung,
2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors,
3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10. Die Vorrichtung umfasst einen mit dem Verbrennungsmotor 10 verbundenen Abgaskanal 12, in dem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 12 eine zweite Lambdasonde 30, ein Vorkatalysator 24, eine erste Lambdasonde 20 und ein Nachkatalysator 28 in Form eines Partikelfilters mit drei-Wege-wirksamer katalytischer Beschichtung 26 angeordnet sind. Der Vorkatalysator 24 ist als drei-Wege-Katalysator ausgebildet, der Nachkatalysator 28 ist als Vier-Wege-Katalysator, also als Partikelfilter mit einer drei-Wege-wirksamen katalytischen Beschichtung 26, ausgebildet. Alternativ kann auch wie in 3 dargestellt ein unbeschichteter Partikelfilter 18 verwendet werden. Der Verbrennungsmotor 10 und die Lambdasonden 20, 30 sind jeweils über Signalleitungen mit einem Steuergerät 22 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10 verbunden. An der ersten Lambdasonde 20 ist ein Heizelement 16 vorgesehen, mit welchem die erste Lambdasonde 20 auf eine Betriebstemperatur gebracht werden kann. Dazu ist ein nicht dargestellter Heizungsregler, welcher beispielsweise in das Steuergerät 22 integriert sein kann, vorgesehen, über welchen die Temperatur der Lambdasonde 20 auf eine vordefinierte Betriebstemperatur eingeregelt werden kann.
Temperaturmessungen im Abgaskanal 12 liefern wichtige Informationen zum Zustand des Abgassystems. So können beispielsweise Schutzmaßnahmen gegen ein Überhitzen von Komponenten der Abgasnachbehandlung, insbesondere von einem Katalysator 14 oder einem Partikelfilter 18, 26, durch eine entsprechende Ansteuerung des Verbrennungsmotors 10 in Abhängigkeit der Temperatur T_A im Abgaskanal 12 getroffen werden.
In Abgassystemen mit zwei Katalysatoren 14, insbesondere mit einem motornahen Vorkatalysator 24 und einem in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordneten Nachkatalysator 26 dient die erste Lambdasonde 20, welche als eine Sprung-Lambdasonde ausgebildet ist, zur Justierung der Gesamt-Lambdaregelung im Abgaskanal 12. Diese erste Lambdasonde 20 liegt stromabwärts des Vorkatalysators 24 und stromauf des Nachkatalysators 28. Die Sondentemperatur der ersten Lambdasonde 20 kann durch das Steuergerät 22 entweder gesteuert oder geregelt werden. Dabei kann der Innenwiderstand der ersten Lambdasonde 20 zusammen mit einer angelegten Heizspannung und eventuell weiteren Parametern, wie beispielsweise gemessenen Umgebungsbedingungen, herangezogen werden, um eine Korrelation zur Abgastemperatur herzustellen. Über diese Maßnahme können der stromab der ersten Lambdasonde 20 liegende zweite Katalysator 28 und/oder der Partikelfilter 18, 26 vor Überhitzung geschützt werden.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird der Partikelfilter 18, 26 mit Rußpartikeln beladen, sodass der Strömungswiderstand im Abgaskanal 12 mit der Beladung ansteigt. Dieser Partikelfilter 18, 26 muss periodisch regeneriert werden. Für eine Anwendung eines Partikelfilters 18, 26 im Abgaskanal 12 eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors 10 in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges werden hohe Anforderungen an den Bauteilschutz des Partikelfilters 18, 26, insbesondere während einer Regeneration des Partikelfilters 18, 26, gestellt. Die Abgastemperatur T_A darf während der Regeneration einen gewissen Schwellenwert nicht überschreiten, damit der Partikelfilter 18, 26 keine thermische Schädigung erfährt und der Partikelfilter 18, 26 durch eine exotherme Abbrand-Reaktion des Rußes auf dem Partikelfilter 18, 26 nicht zerstört wird.
Durch die Verwendung einer ersten Lambdasonde 20 stromauf des, vorzugsweise in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges verbauten, Partikelfilters 18, 26 kann die Überwachung der Heizleistung und des Innenwiderstands der ersten Lambdasonde 20 dazu verwendet werden, um die Temperatur des Abgases bei Eintritt in den Partikelfilter 18, 26 zu ermitteln und gegebenenfalls mittels des Steuergeräts 22 derart Einfluss auf den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 zu nehmen, dass der Partikelfilter 18, 26 vor einer Überhitzung geschützt wird.
Dabei ist der Innenwiderstand der ersten Lambdasonde 20 proportional zur Temperatur der ersten Lambdasonde 20. Je höher die Temperatur der ersten Lambdasonde 20 ist, desto geringer ist ihr Innenwiderstand. Die Beheizung der ersten Lambdasonde 20 geschieht im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 sowohl durch das heiße Abgas des Verbrennungsmotors 10 als auch durch das Heizelement 16, welches vorzugsweise als Heizwiderstand, insbesondere als in die erste Lambdasonde 20 integrierter Heizdraht, ausgebildet ist. Die Betriebstemperatur der ersten Lambdasonde 20 ist genau definiert und wird über eine Steuerung oder Regelung für alle auftretenden Abgastemperaturen appliziert. Je mehr Wärme über das Abgas an die erste Lambdasonde 20 abgegeben wird, desto geringer ist die über das Heizelement 16 eingebrachte Heizleistung.
Im Falle einer Regenerationsanforderung des Partikelfilters 18, 26 werden hohe Abgastemperaturen im Bereich von > 600°C gefordert, um den im Partikelfilter 18, 26 zurückgehaltenen Ruß abzubrennen. Durch diese Oxidationsreaktion wird im Partikelfilter 18, 26 eine exotherme Reaktion gestartet, die wiederum über den Partikelfilter 18, 26 hinweg eine Temperaturerhöhung bewirkt. Besonders kritisch ist dies bei einem Partikelfilter mit drei-Wege-wirksamer katalytischer Beschichtung 26, da sich hier die exothermen Reaktionen des Rußabbrands und der drei-Wege-wirksamen katalytischen Beschichtung überlagern. Dieser Temperaturanstieg kann schädigend für den Partikelfilter 18, 26 wirken, wenn er definierte Grenzen überschreitet. Daher darf die Eingangsenthalpie, also die Temperatur am Eintritt in den Partikelfilter 18, 26, einen gewissen Schwellenwert nicht überschreiten.
Zur Regeneration des Partikelfilters 18, 26 und zum Abbrand des Rußes kann nun das Heizelement 16 deaktiviert werden, um die erste Lambdasonde 20 ausschließlich über das Abgas des Verbrennungsmotors 10 zu beheizen. Dabei wird der Innenwiderstand der ersten Lambdasonde 20 gemessen, und aus dem Innenwiderstand der ersten Lambdasonde 20 auf die Abgastemperatur im Abgaskanal 12 geschlossen. Basierend auf dieser Messung können dann durch das Steuergerät 22 Maßnahmen zum Bauteilschutz des Partikelfilters 18, 26 eingeleitet werden. Als Maßnahmen eignen sich beispielsweise eine Verstellung des Zündwinkels des Verbrennungsmotors 10 in Richtung „früh“ und/oder eine Anpassung der Einspritzmenge beziehungsweise des Einspritzzeitpunktes der Kraftstoffeinspritzung.
Dabei liefern die Lambdasonden 20, 30 nicht nur Informationen über die Temperatur T_A im Abgaskanal 12, sondern auch über die Abgaszusammensetzung und den Sauerstoffgehalt im Abgas. Für die Regeneration des Partikelfilters 18, 26 ist neben der Temperatur auch die Menge an Restsauerstoff im Abgas relevant. Die Zufuhr einer großen Menge Frischluft in einen heißen Partikelfilter 18, 26 kann genauso wie eine zu hohe Temperatur zu einer Bauteilschädigung des Partikelfilters 18, 26 führen, da es in diesem Fall zu einem unkontrollierten Abbrand des Rußes auf dem Partikelfilter 18, 26 kommen kann. Als weitere Schutzmaßnahme, die über die Lambdasonden 20, 30 gesteuert wird, kann beispielsweise eine Unterbindung einer Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 10 getroffen werden.
In 2 ist ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird ein Beladungszustand des Partikelfilters 18, 26 ermittelt, was beispielsweise über eine Differenzdruckmessung über den Partikelfilter 18, 26 oder über eine Modellierung des Rußeintrags und Rußaustrags aus dem Partikelfilter 18, 26 erfolgen kann. In einem weiteren Verfahrensschritt <110> wird die Temperatur T_A im Abgaskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 durch eine Messung des Innenwiderstands der ersten Lambdasonde 20 ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt <120> wird der Sauerstoffgehalt im Abgaskanal 12 durch mindestens eine der Lambdasonden 20, 30 ermittelt. Dabei können die Verfahrensschritte <100>, <110> und <120> parallel oder in beliebiger Reihenfolge erfolgen.
Abhängig von den Messwerten der Verfahrensschritte <100>, <110> und <120> wird in einem folgenden Verfahrensschritt <140> eine Regeneration des Partikelfilters 18, 26 eingeleitet, wenn ein entsprechender Beladungszustand des Partikelfilters 18, 26 erreicht ist und die Temperatur T_A im Abgaskanal 12 sowie die Sauerstoffkonzentration im Abgaskanal 12 in einem für eine Regeneration des Partikelfilters 18, 26 vordefinierten Bereich liegen.
Liegt die Temperatur T_A im Abgaskanal 12 unterhalb dieses vordefinierten Bereichs, insbesondere unterhalb eines definierten Schwellenwerts T_SU, wird in einem vorgeschalteten Verfahrensschritt <130> der Partikelfilter 18, 26 durch die Einleitung entsprechender motorischer Maßnahmen vorkonditioniert und die Abgastemperatur in den für eine Regeneration des Partikelfilters 18, 26 notwendigen Bereich angehoben.
Liegt die Temperatur im Abgaskanal 12 oberhalb bestimmter definierter Grenzen, insbesondere oberhalb eines Schwellenwertes T_SO, so wird in einem Verfahrensschritt <150> eine Regeneration des Partikelfilters 18, 26 durch die Einleitung entsprechender motorischer Maßnahmen vermieden, um eine thermische Schädigung des Partikelfilters 18, 26 zu vermeiden.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird anstelle eines Partikelfilters mit drei-Wege-katalytisch Wirksamer Beschichtung 26 ein unbeschichteter Partikelfilter 18 verwendet. Der erste Katalysator 14 ist hier als motornaher Drei-Wege-Katalysator ausgebildet.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Abgaskanal
14: Katalysator
16: Heizelement
18: Partikelfilter
20: erste Lambdasonde (vor Partikelfilter)
22: Steuergerät
24: Vorkatalysator
26: Partikelfilter mit integriertem Nachkatalysator
28: Nachkatalysator
30: zweite Lambdasonde (vor Vorkatalysator)
λ_E: Verbrennungsluftverhältnis
T_A: Abgastemperatur
T_SO: oberer Schwellenwert
T_SU: unterer Schwellenwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013220899 A1 [0002]
DE 102008011833 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einem Abgaskanal (12), einem in dem Abgaskanal (12) angeordneten Katalysator (14), einer im Abgaskanal (12) angeordneten, mittels eines Heizelements (16) beheizbaren ersten Lambdasonde (20) sowie mit einem Partikelfilter (18, 26), umfassend folgende Schritte: – Ermittlung eines Beladungszustandes des Partikelfilters (18, 26), – Ermittlung einer Abgastemperatur im Abgaskanal (12) des Verbrennungsmotors (10) durch Messung des Innenwiderstandes R_i der ersten Lambdasonde (20), – Ermittlung eines Sauerstoffgehaltes im Abgas durch die erste Lambdasonde (20), – Einleitung einer Regeneration des Partikelfilters (18, 26), wenn ein entsprechender Beladungszustand erreicht ist, die Temperatur (T_A) im Abgaskanal (12) und das Verbrennungsluftverhältnis (λ_E) des Verbrennungsmotors (10) in einem für eine Regeneration des Partikelfilters (18, 26) vordefinierten Bereich liegen, – Vermeidung der Einleitung einer Regeneration durch entsprechende motorische Maßnahmen, wenn die Temperatur (T_A) im Abgaskanal (12) und/oder der Sauerstoffgehalt im Abgas oberhalb bestimmter, definierter Grenzen liegen, – Konditionierung des Partikelfilters (18, 26) für eine Regeneration durch Einleitung entsprechender motorischer Maßnahmen, wenn die Temperatur im Abgaskanal (12) unterhalb eines definierten Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur (T_A) im Abgaskanal (12) oberhalb eines Schwellenwertes ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu hohen Temperaturen (T_A) im Abgaskanal (12) der Zündwinkel des Verbrennungsmotors (10) in Richtung „früh“ verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regeneration des Partikelfilters (18, 26) das Heizelement (16) der ersten Lambdasonde (20) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anhebung der Abgastemperatur (T_A) durch eine Verstellung des Zündwinkels in Richtung „spät“ erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeneration des Partikelfilters (18, 26) in einem Temperaturbereich von 600° bis 700° und bei einem Verbrennungsluftverhältnis (λ_E) des Verbrennungsmotors (10) im Bereich 1,1 < λ_E < 1,3 erfolgt.
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), mit einem Abgaskanal (12), einem im Abgaskanal (12) angeordneten Katalysator (14), einem im Abgaskanal (12) angeordneten Partikelfilter (18, 26), mit einer mittels eines Heizelements (16) beheizbaren ersten Lambdasonde (20) zur Regelung eines Verbrennungsluftverhältnisses (λ_E) des Verbrennungsmotors (10), sowie mit einem Steuergerät (22), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (18) als Partikelfilter mit katalytisch wirksamer Beschichtung (26) ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (14) einen Vorkatalysator (24) und einen Nachkatalysator (28) umfasst, wobei die erste Lambdasonde (20) stromab des Vorkatalysators (24) und stromauf des Partikelfilters (26) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Lambdasonde stromauf des Vorkatalysators (24) vorgesehen ist.